7. Живой организм как открытая термодинамическая система

Существенно видоизменяется второе начало термодинамики для живого организма.

Полное изменение энтропии в живых организмах (S) складывается из изменения энтропии в результате ее возрастания при протекании в организме необратимых процессов (Si) и изменения энтропии (Sе), происходящего при взаимодействии между организмом и внешней средой, в результате чего в организм поступает энергия.

Тогда:S = Si +Sе.

Стационарное состояние биологической системы будет поддерживаться при условии S = 0, или S i = - S е.

Величиной, характеризующей состояние системы, служит скорость изменения суммарной энтропии: .

Это выражение второго начала термодинамики для живых организмов (уравнение Пригожина). Скорость изменения энтропии в организме равна алгебраической сумме скорости производства энтропии внутри организма и скорости поступления энтропии из среды в организм. В стационарном состоянии скорость изменения суммарной энтропии равна нулю:

.

По теореме Пригожина в устойчивом стационарном состоянии скорость возрастания энтропии, обусловленная протеканием необратимых процессов, имеет положительное и минимальное, из возможных, значение: .

В стационарном состоянии продукция энтропии должна полностью компенсироваться потоком энтропии.

.

Положительная энтропия должна компенсировать отрицательную энтропию.

Организм борется с накоплением энтропии 3-мя способами:

1. Процесс обмена веществ;

2. Процесс самообновления организма;

3. Процесс теплообмена.

Этими путями организм удаляет избытки энтропии в окружающую среду.

X.Электростатика

1. Электрическое поле

Электростатика - это раздел физики, изучающий взаимодействие неподвижных относительно друг друга электрических зарядов.

Электрическое поле - это вид материи (часть окружающего нас мира), посредством которой происходит взаимодействие электрических зарядов. Основным уравнением электрического поля является закон Кулона: сила взаимодействия двух зарядов прямо пропорциональна их величине и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

^Если (в вакууме)

Здесь: F- сила взаимодействия зарядов, (Н);

q₁q₂ - заряды (Кл);

r - расстояние между зарядами, (м);

- диэлектрическая проницаемость среды;

- электрическая постоянная

_.

2. Напряженность электрического поля - это силовая характеристика электрического поля, численно равная величине силы, действующей на единицу заряда:

Е - напряженность электрического поля (В/м)

_К - коэффициент пропорциональности в законе Кулона

Электрическое поле изображается в виде силовых линий. Это линии, касательные к которым в каждой точке дают направление напряженности в этой точке. Если напряженность электрического поля постоянная во всех точках поля, то поле называется однородным.

Пример неоднородного поля:

Е≠const

Силовые линии начинаются из положительного заряда и входят в отрицательный. Могут распространяться, для точечных зарядов, до бесконечности.

Силовые линии нигде не пересекаются. Число силовых линий, пронизывающих некоторую поверхность (реальную или воображаемую), распложенную в электрическом поле, называется потоком вектора напряженности электрического поля (N) через эту поверхность (S). Если поверхность перпендикулярна силовым линиям и напряженность поля Е одинакова на всей поверхности, то N =ES.