химический каталог




Биофизика

Автор М.В.Волькенштейн

ее изменение энтропии всей системы, согласно второму началу, положительно:

dS = dSl + dS2>Q, (1.3)

где dSi и dS2 — изменения энтропии космонавта и окружающей; среды. Имеем

dS^diSt + deS^ (1.4)'

Изменение энтропии dS2 происходит лишь в результате обмена среды веществом и энергией с космонавтом,— продукции энтропии в. среде, окружающей космонавта, практически нет. Следовательно,

dS2 = -deSl и dS = diSi>0. (1.5);

2 м. в, Волькенштейн 17

Если состояние космонавта стационарно, то

dSt = 0, 45, = -ад<0, dS2 - dS = diSt > 0. (1.6)т

Таким образом, стационарное состояние космонавта поддерживается возрастанием энтропии в окружающей среде, определяемым оттоком в нее энтропии из организма космонавта, компенсирующим продукцию энтропии в организме. В этом и состоит смысл слов Шредингера: «организм питается отрицательной энтропией». Энтропия среды возрастает, dS2 > 0, вследствие выделения теплоты космонавтом и вследствие того, что энтропия веществ, выделяемых космонавтом, выше энтропии потребляемых им веществ. Стационарное состояние космонавта будет сохраняться до тех пора, пока не истощатся питательные вещества в окружающей среде или пока необратимые процессы в организме космонавта не приведут к его изменению (старение). Стационарное состояние может быть длительным, но не вечным. Его реализация определяется наличием двух шкал времени — быстрой шкалой для времени обмена энтропией с окружающей средой и относительно медленной шкалой для времени исчерпания запасов питательных веществ и (или) старения организма.

Рассмотрим еще один пример. Имеем два больших тепловых резервуара, находящихся при температурах Tt и Тг и соединенных друг с другом тонким проводником теплоты. В проводнике устанавливается постоянный поток теплоты, любой отрезок проводника находится в стационарном состоянии. Оно сохранится, пока сколько-нибудь заметно не изменятся температуры Тх и 7Л, которые медленно выравниваются. Время установления стационарного состояния много меньше времени достижения окончательного равновесия, в котором 7*, = 7Л. При расчете стационарного режима в быстрой временной шкале температуры Г, и Т2 считаются постоянными — они изменяются в медленной шкалз.

Само существование биосферы можно рассматривать как стационарный процесс, реализуемый на фоне грандиозного необратимого процесса охлаждения Солнца.

Стационарное состояние открытой системы может быть близким или далеким от равновесия, может быть устойчивым или неустойчивым. В свою очередь нестационарное состояние может быть близким или далеким от стационарного. Как мы увидим (гл. 9), термодинамические подходы к анализу открытых систем, близких или далеких от равновесия, различны. При этом вводятся строгие количественные критерии близости или удаленности. Целый ряд фактов свидетельствует о том, что биологические системы далеки от равновесия. Биологическое развитие возможно лишь в далекой от равновесия системе.

Из сказанного не следует, однако, невозможность применения обычной равновесной термодинамики к рассмотрению каких бы то ни было биологических явлений. Динамические, необратимые жизненные процессы происходят внутри организованной структуры, которая изменяется медленно или остается практически

неизменной. Это справедливо для всех уровней биологического* строения, начиная с молекулярного. Соответственно, изучая структуру, мы можем исходить из условного термодинамического равновесия. Само возникновение биологической структуры можно грубо представить двумя стадиями — биосинтезом составляющих элементов (макромолекул, клеток) и сборкой из них организованной системы. Процесс сборки находится в значительной степени под термодинамическим контролем, скажем, на молекулярном уровне система стремится к состоянию с наименьшим химическим потенциалом. Равновесная термодинамика оказывается одной из основ молекулярной биофизики.

Самоорганизация и эволюция открытых биологических систем: на всех уровнях, начиная с клетки и кончая биосферой в целом, происходят вследствие оттока энтропии в окружающую среду. Земля получает энергию от Солнца в виде потока фотонов. Согласно обоснованным оценкам (Эбелинг), поток энергии, достигающий Землю, равен

dE/dt =i,2-10" Вт. (1.7)

Такое же количество энергии экспортируется вновь, но при более низкой температуре. Общий экспорт энтропии равен

dpS 4J- = 4-1?2-1017 Вт.

at 6

58^К-2Ш-к] = -6-10"Вт/К- «Я>

Эта формула получена на основе статистической физики излучения черного тела; 5800 К — температура излучения Солнца, 260 К — средняя температура излучения Земли. Из (1.8) следует, что плотность оттока энтропии в среднем составляет

J8 = ~i Вт/(К -м2). (1.9)

Эта величина, представляющая верхний предел экспорта энтропии Землей, ответственна за биологическое развитие и эволюцию.

В то же время очевидно, что в биологии мы встречаемся со сложным комплексом термодинамических и кинетических явлений. Различие термодинамики и кинетики иллюстрируется течением химической реакции. Реакция принципиально возможна,, ли

страница 8
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228

Скачать книгу "Биофизика" (6.44Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
сколько простоит букет из ромашек
Рекомендуем фирму Ренесанс - цена лестница - всегда надежно, оперативно и качественно!
кресло 808
склад под камеру хранения

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(11.12.2016)