Историческая справка-работа Майера. Изменение внутренней энергии живого организма.

Живые организмы и первое начало термодинамики.

Термодинамикой называют раздел науки и техники, исследующий процессы преобразования и использования энергии.

Так как все без исключения жизненные процессы связаны с преобразованиями энергии в живых организмах, термодинамика имеет большое значение и в биологических науках; в этом плане говорят о биологической термодинамике.

Первое начало термодинамики

Представляет собой закон сохранения энергии.

Он гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена, она лишь переходит из одного вида в другой в различных физических процессах.

Отсюда следует, что внутренняя энергия изолированной системы остается неизменной.

В случае закрытых систем изменение внутренней энергии системы (Δ U) может происходить двумя способами:

1) путем совершения работы (А) системой или над системой;

2) посредством передачи тепла (Q).

Δ U=Q – A или Q = Δ U + A

(Тепло, переданное системе, идет на изменение внутренней энергии и совершение работы.)

Правило знаков:

Ø +Q – тепло, поступающее в систему;

Ø -Q – тепло, отдаваемое системой;

Ø +А – работа, совершаемая системой над окружающими телами;

Ø -А – работа, совершаемая окружающими телами над системой.

Формулировка первого закона термодинамики для живых систем

Все виды работы, совершаемые в живом организме, совершаются за счет энергии АТФ.

АТФ – это универсальный источник энергии.

Первый закон термодинамики полностью применим к живым организмам.

Для живых систем он формулируется следующим образом:

Все виды работ в организме совершаются за счет эквивалентного количества энергии, выделяющейся при окислении питательных веществ.

Организм теплокровных животных имеет постоянную температуру, и химический состав его в среднем не изменяется, поэтому Δ U=0.

Тогда уравнение имеет вид: W_пищи = Q + A

Опытная проверка применимости первого закона для живых систем проводилась в специальных биокалориметрах, где измерялась теплота, выделенная организмом в процессах метаболизма, при испарениях, а также вместе с продуктами выделения.

Оказалось, что выделенная организмом теплота полностью соответствует энергии, поглощенной вместе с питательными веществами.

Справедливость первого закона термодинамики для живых систем означает, что сам по себе организм не является независимым источником какой-либо новой энергии.

Историческая справка-работа Майера. Изменение внутренней энергии живого организма.

Работа Майера

В 1840-1841 годах Роберт Майер работал врачом на голландском судне, направлявшемуся к острову Ява. Во время пребывания в тропиках, он заметил изменение цвета венозной крови у своих пациентов по сравнению с цветом крови, какой она бывает в Европе... Размышляя, он пришёл к выводу, что в тропиках организму для поддержания температуры нужно «сжигать» меньше вещества, чем в Европе и существует некая связь между потреблением вещества и выделением тепла… (На современном языке это звучало бы примерно так: механическая работа и теплота в энергетическом смысле эквиваленты).

Энергия Е(U)– количественная мера определенного вида движения материи при ее превращении из одного вида в другой. Энергия всегда определяет способность системы совершать работу.

Внутренняя энергия термодинамической системы.

Энергию любой системы можно разделить на две части:

1. энергия, зависящая от положения и движения системы, как целого;

2. энергия, определяемая движением и взаимодействием микрочастиц, образующих систему.