Термодинамиканың бірінші заңын изопрцестерге қолдану.

Газ кү йін сипаттайтын параметрлердің V_, P_, T екені белгілі. Осы параметрлердің біреуі тұ рақ ты болғ анда жү ретін процесті изопроцестер деп атайды. Олар Бойль – Мариотт, Гей-Люстермодинамиканың бірінші бастамасын осы процестерге қ олданып кө рейік.

Изотермиялық процесс. Бұ л процесте Т =const болады, қ ысым мен кө лем

Былай байланысады

PV =const (3)

Температура тұ рақ ты болғ андық тан бұ л процесс кезінде энергия ө згермейді, яғ ни dQ=0. Олай болса, термодинамиканың бірінші бастамасы изотермиялық процесс ү шін былай жазылады:

dQ=dA (4)

Біз екенін білеміз. Осыдан тауып алып оны мына формулағ аа қ ойсақ:

2. Изохоралық процесс. Бұ л процесте, қ ысым мен температура тү рінде байланысқ ан. Изохоралық процесс ү шін. Олай болса бұ л процесс ү шін термодинамиканың бірінші бастамасы былай жазылады

3. Изобаралық процесс. Бұ л процесте осы кездегі жұ мыс қ ысымының кө лем ө згеруінің кө бейтіндісімен анық талады. Денелердің жылулық қ асиеттерін сипаттау ү шін термодинамикағ а жылу сиымдылық деген ұ ғ ым енгізіледі.

Термодинамиканың екінші бастамасы (термодинамиканың 2-ші заң ы). Қ айтымды жә не қ айтымсыз термодинамикалық процестің ПӘ К. Градиент анық тамасы.

Термодинамиканың бірінші бастамасы жылу, жұ мыс жә не ішкі энергияның ө згеруі арасындағ ы байланысты қ арастыратынын байқ адық.

Термодинамиканың бірінші заң ы табиғ атта болып жатқ ан процестердің бағ ыты жө нініде ешқ андай мағ ұ лмат бермейді. Екі дене алайық, сө йтіп оларды бірімен бірін ә серлестірейік (ол екі дене басқ а денелермен ә рекеттеспейді.) Бір дене Q₁ жылу алада. ал екініші дене Q ₂ жылу берді делік. Сонда Q₁ = Q₂ болады.

Ал, жылу қ ай бағ ытта жү реді, бірініші денеден екінші денеге беріле ме, ә лде екінші денеден бірінші денеге беріле ме. Бұ л жө нінде термодинамиканың бірінші заң ы еғ шнә рсе айтпайды.

Термодинамиканың екінші заң ы ө мірде болатын процестердің бағ ыты жө нініде мағ ұ лмат береді. Бұ л заң ның негізін салғ ан француз инженері жә не физигі Сади Карно. 1824 жылы ол жылудың жұ мысқ а айналуы туралы ғ ылыми ең бек жазды. Термодинамиканың екінші заң ының мә нін тү сіну ү шін бірнеше мысал қ арастырайық. Екі тү рлі сұ йық (газ) алып, бір ыдысқ а қ ұ яйық. Сонда диффузияның арқ асында бұ л екі сұ йық тық (газдың молекулалары бірімен бірі араласып, қ оспа пайда болады. Бұ л қ оспа сыртқ ы кү штің ә серінсіз – ақ жү зеге асады. Енді біз қ анша уақ ыт кү ткенімен бұ л қ оспа ө зінен ө зі бастапқ ы сұ йық тық қ а (газдарғ а ажырамайды). Оны бастапқ ы сұ йық тық қ а ажырату ү шін белгілі бір кү ш жұ мысау керек. Сонымен бірге кері процесс қ айталанғ анымен ол тура процестегі жағ дайларды дә лме дә л қ айталап бере алмайды. Екіншіден, кері процесс кезінде со жү йені қ оршағ ан ортада ө згеріс болады. Анығ ырақ айтқ анда, тұ з бен су алып, одан қ оспа алуғ а мү мкіндік туады. Ал енді судан ажырату ү шін суды буғ а айналдырып жіберу керек. Оғ ан энергия қ ажет. Оның ү стіне бұ л кезде тұ зды су қ оспасын қ оршағ ан ортаның да жағ дайы ө згеріске ұ шырайды. Сонымен диффузия бір бағ ытта жү ретін процесс екен. Сол сыртқ ы жылу алмасу да бір бағ ытта жү реді. Мысалы, ыстық дене алып, оны суық денемен тү йістірсек, онда біраздан кейін ол екі дене температурасының тең есетінін білеміз. Ыстық дене суйды, ал суық дене жылиды. Сонда энергия ыстық денеден суық денеге беріледі. Осығ ан кері процесс болуы мү мкін емес. Олай болса жылу алмасу да бір бағ ытта жү ретін процесс. Мысалы, кө лбеу жазық тық та дене қ озғ алып келе жатыр делік. Сонда ауырлық кү штің ә серінен жасалғ ан барлық жұ мыс ү йкелісінің арасында жылуғ а айналады. Бұ л тура процесс. Енді біз қ анша кү ткенмен дене мен кө лбеу жазық тық ө з бетінше суынып, олар суығ андағ ы энергия жылуғ а айналып, дене жоғ ары қ арай жылжи жө неледі. Бө л қ арастырылғ ан мысалдардан біз осы процестерге тә н бағ ыттылық бар екенін байқ аймыз. Осы бағ ытты жә не ө мірде болатын жылу процестерінің қ айтымсыздығ ы термодинамиканың екінші заң ымен анық талады. Бұ л заң ды сипаттайтын бірнеше анық тама бар, олар біріне – бірі эквивалентті. Соларғ а тоқ талайық.

Бірінші заң. Мә ң гі двигательдің бірінші тү рін жасау, яғ ни сырттан энергия алмай жұ мыс атқ аратын машина жасау мү мкін емес.

Екінші заң. Мә ң гі двигательдің екінші тү рін жасау, яғ ни тек бір дененің суу нә тижесінде жұ мыс жасайтын машина жасау мү мкін емес.

Биологиялық жү йенің термодинамикасы. Термодинамикалық жү йеге биологияда клетка, организмді айтуғ а болады. Термодинамиканың ашық жә не жабық екі тү рі болады. Жабық жү йе оқ шауланғ ан жә не тұ йық болып екіге бө лінеді. Тірі жү йе ө зін қ оршағ ан ортағ а энергия бермесе немесе алмаса, онымен зат алмаспаса, онда оны оқ шауланғ ан жү йе деп атайды. Яғ ни оқ шауланғ ан жү йе ө зімен зат жә не энергия алмаспайды. Егерде жү йе қ оршағ ан ортамен тек энергия алмасса оны тұ йық жү йе деп атайды. Егерде жү йе қ оршағ ан ортағ а энергия берсе немесе зат алмасса онда оны ашық жү йе деп атайды. Тірі организм ашық жү йеге жатады. Организм жылу машинасы ретінде емес, химиялық машина ретінде жұ мыс жасайды. Бұ л мә селе жө нініде кө птеген тә жірибелер 18 ғ асырда жү ргізілінді. Ақ ыры соң ында организмге келіп тү скен тамақ тан пайда болатын энергияның мө лшері организм жұ мыс істегенде кететін энергияның мө лшеріне тең екені анық талады. Соны мына таблицадан кө руге болады.

Шаммамен берілген энергия 7854 кДж денеден бө лінген энергияғ а тең екен. Олай болса организм энергияның жаң а кө зі болып саналмайды екен. Осыдан термодинамиканың бірінші бастамасы биологиялық жү йелерге де жарай береді деген қ орытындығ ыа келдік.

Биологиялық жү йенің энергиясын биологиялық колориметр арқ ылы есептейді.

3. Биоценоздың трофикалық қ ұ рылымы. Биоценоздағ ы организмдер арасында тұ рақ ты қ оректік байланыстар қ алыптасқ ан. Біріншісі - продуценттер немесе ө ндірушілер. Бұ нда автотрофты жасыл ө сімдіктер органикалық заттар тү зіп, алғ ашқ ы биологиялық ө німділікті тү зеді жә не кү н энергиясын жұ мсайды (сің іреді). Екіншісі - консументтер, бұ ғ ан жануарлар жатады.Ү шіншісі - редуценттер немесе қ айта қ алпына келтірушілер. Оларғ а микроорганизмдер жатады. Олардың ролі ерекше. Биоценозда ә р тү рлі тү рлер арасында белгілі бір қ арым-қ атынастар қ алыптасады. Оның негізі қ оректік тізбектерге байланысты екені белгілі. Десе де, организмдер арасындағ ы кең істік қ арым-қ атынастар да негізгі роль атқ арады. Қ оректік тізбектер ө сімдік, қ ұ стар мен жануарлар арасында

Экологиялық пирамида. Биоценоздағ ы қ оректік тізбектегі қ оректің (азық) барлығ ы бірдей организмнің ө суіне немесе биомассаның жинақ талуына жұ мсалмайды. Оның біразы организмнің энергия қ уатына: тыныс алу, қ озғ алу, кө бею, дене температурасын ұ стап тұ руғ а жұ мсалады. Сондық тан бір тізбектің биомассасы екіншісіне дейін толық ө ң делмейді. Егер ондай болғ ан жағ дайда табиғ атта қ ор ресурсы таусылғ ан болар еді. Осығ ан байланысты ә рбір келесі қ оректік тізбекке ө ткен сайын азық тың биомассасы азайып отырады. Нә тижесінде, бір трофикалық дең гейден екіншісіне ө ткен сайын биомасса, сандық қ ұ рамы жә не энергия қ оры азайып отыратыны анық талғ ан. Бұ л зандылық ты кезінде эколог Ч. Элтон зерттеп ө зінің есімімен " Элтон пирамидасы" деп атағ ан.

Бә секелестік. Бә секелестік дегеніміз бір немесе бірнеше тү рге жататын организмдердің ө зара қ орек, тұ рағ ы, т.б. ресурстардың жетіспеушілік жағ дайындағ ы қ арым-қ атынастарының кө рінісі.

Жыртқ ыштық. Жыртқ ыштық тү рлер арасында болатын қ арым-қ атынастардың ең жоғ арғ ы формасы. Ол кейде қ орек, аумақ, т.б. ресурстар ү шін бірін-бірі ө лтіру, қ уу, жеу арқ ылы кө рініс береді.

Паразитизм. Паразитизм - бір тү р ө кілінің екінші бір тү р ө кілін қ орек немесе тіршілік ортасы ретінде пайдалану арқ ылы тіршілік ету.

Симбиоз. Екі тү рге жататын организмдердің кең істікте бір-біріне ешбір зиянын тигізбей керісінше селбесіп пайдалы тіршілік етуі. Мә селен, қ ұ мырска мен ө сімдік биті, отшельник шаяны мен актиния арасындағ ы селбесіп тірішілік ету осы қ арым-қ атынасқ а жатады. Ө сімдіктер арасындағ ы қ ыналар - балдыр мен саң ырауқ ұ лактың селбесіп тіршілік етудің кө рінісі болып табылады.

Комменсализм. Немесе арамтамақ тық қ ұ былыс. Бұ л симбиоздың бір формасы ретінде белгілі. Яғ ни, бір тү рдің қ оректік қ алдығ ымен екінші организм қ оректене отырып оғ ан ешбір зиян келтірмейді. Ал, кейде екінші организм біріншісін қ озғ ау қ ұ ралы немесе қ орғ анысы ретінде де пайдаланады. Мә селен, ірі балық тардың желбезегінде ұ сақ балық тар еркін тіршілік етуге бейімделген. Егерде комменсалдар бір-біріне зиян келтіре бастаса оның біреуі паразиттік немесе бә секелестік жолғ а тү седі.

Мутуализм. Ә р тү рге жататын организмдер бір-біріне қ олайлы жағ дай туғ ыза отырып селбесіп тіршілік етуде. Мә селен, отшельник шаяны мен актиния арасындағ ы қ арым-қ атынас немесе қ ұ мырсқ а мен ө сімдік биті арасындағ ы байланыс осының мысалы.