VI. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА.

Основные законы и формулы

Наименование величины или физический закон Формулы
Уравнение Менделеева - Клапейрона   Средняя кинетическая энергия движения молекул идеального газа <w>: число степени свободы молекулы; постоянная Больцмана   Средняя квадратичная скорость молекулы газа   Внутренняя энергия газа   Молярная теплоёмкость при постоянном объёме постоянном давлении   Количество теплоты, необходимой для нагревания тела с удельной теплоёмкостью от температуры до температуры   Теплота парообразования ( удельная теплота парообразования )   Работа по переносу вещества при диффузии между поверхностями с концентрациями вещества и   Осмотическая работа ( и осмотические давления )   Изменение энтропии в изотермическом процессе       ;              

 

Вопросы для самоконтроля

1. Какие физические процессы изучают в разделе «Термодинамика»? В чём отличие термодинамического метода исследования тепловых процессов от метода исследования молекулярной физики?

2. Что называют термодинамическим процессом? Какие процессы, называют обратимыми и какие необратимыми?

3. Дайте определения работы, количества теплоты, внутренней энергии.

4. Сформулируйте первое начало термодинамики. Приведите иллюстрирующие его примеры.

5. Чему равна работа, совершаемая газом при изохорическом, изобарическом и изотермическом процессах?

6. В чём сущность второго начала термодинамики?

7. Дайте определение энтропии. В каких процессах энтропия остается постоянной и в каких она возрастает?

8. Какие превращения энергии происходят в живом организме?

9. Сформулируйте закон Гесса и приведите примеры его применения в биологии.

10. От чего зависит теплопродукция живого организма? Как изменяется удельная теплопродукция с изменением массы животных?

11. Каковы физические механизмы терморегуляции животного организма?

12. Что называют термодинамическим потоком? С какими термодинамическими потоками приходится встречаться в живом организме?

13. Какое состояние термодинамической системы называют стационарным.

14. Почему живые организмы называют открытыми термодинамическими системами? Из чего складывается полное изменение энтропии в биологических системах?

15. Запишите уравнение Пригожина и объясните его биологический смысл.

 

Примеры решения задач

ЗАДАЧА № 1

Какое количество эфира, находящего при температуре кипения, должно испариться, чтобы энтропия увеличилась на Температура кипения эфира удельная теплота парообразования эфира равна

Решение

       
 
   
Изменение энтропия определяется по формуле:
 

 


 

Поскольку в данной задаче происходит испарение при постоянной температура, то Следовательно,

Ответ: масса испарившегося эфира

 

ЗАДАЧА № 2

 

Потенциал действия в гигантском аксоне кальмара обусловлен переносом натрия из внеклеточной среды в аксоплазму. Считая что этот процесс происходит за счёт простой диффузии, вычислить работу диффузионных сил. Концентрации ионов натрия во внеклеточной среде и в аксоплазме соответственно равны и Температура тела кальмара

Решение
Работу диффузионных сил вычислим по формуле: Подставим числовые значения:

 

Ответ: работа диффузионных сил равна

 

Контрольные задачи

101.В боксе с температурой было пролито хло­роформа. Какое количество теплоты потрачено на испарение хлороформа, если его начальная температура была Удельная теплоемкость хлороформа удель­ная теплота парообразования Температура ки­пения хлороформа

102.Онкотическое давление крови человека равно а лимфы Под действием разности онотических давлений вода поступает из лимфы в кровь. Вы­числить работу перемещения воды при температуре

103.Лечение хронического синовита у одной коровы проводили и путем наложения озокеритовой аппликации массой , а у другой - аппликации из горячей глины массой Температура озокерита и глины соответственно и Удельные теплоемкости озокерита и глины соответственно и Температура тела коров 38°С. Во сколько раз теплота, переданная телу коровы озокеритом, больше, чем глиной?

104.Вычислите изменение энтропии, создаваемое в сутки лошадью и курицей. Сравните эти величины. Какая из них больше, во сколько раз? Вычислите изменение энтропии в сутки, приходящееся на тела животного. Какая из этих величин окажется больше? Масса курицы и лошади соответ­ственно и

105.В хирургии для местного обезболивания небольших участков тела применяют этиловый эфир. Какое количество теплоты расходует тело на испарение эфира, если на него на­лито эфира при Удельная теплоемкость эфира , удельная теплота парообразования температура кипения эфира температура тела

106.Концентрация ионов хлора внутри мышечного волокна лягушки равна а во внеклеточной среде она равна Какая работа совершается силами диффузии при переносе через клеточные мембраны ионов хлора? Тем­пература тела лягушки

107.При диффузии калия из аксонов кальмара во внеклеточную среду совершается работа Опреде­лить концентрацию ионов калия в аксоне, если во внешней среде она равна Температура тела кальмара

108. Впочках из крови в мочу переходит воды при температуре Вычислить, во сколько раз осмотическое давление вторичной мочи больше, чем в плазме крови, если осмотическая работа, совершаемая почками, равна

109. Какое количество теплоты затрачивает человек на па­рообразование, если за сутки он выделяет пота? Како­во полное количество теплоты, выделяемое человеком за сут­ки, если его масса и теплопродукция взрослого челове­ка Удельная теплота парообразования пота

110. Для лечения мастита на вымя накладывают парафино­вую аппликацию при температуре Удельная теплоем­кость парафина Вычислить необходимую массу парафина, если для проведения

процедуры необходимо передать вымени теплоты. Температура вымени

111. Определить массу воздуха поступающего в лёгкие теленка при одном вдохе, если объем забрасываемого при этом в легкие воздуха ., давление атмосферы и температура лёгких теленка молекулярная масса воздуха

112. Масса выдыхаемого углекислого газа коровы за 1 час составляет в среднем Найти его объем при атмосферном давлении и температуре легких коровы

113. Найти среднюю квадратичную скорость молекулы углекислого газа вдыхаемого коровой. Температуру тела коровы принять равной

114. В сосуде объемом находится кислорода под давлением .Найти:

1.Среднюю квадратичную скорость молекулы газа.

2. Число молекул, находящихся в сосуде.

3. Плотность газа.

115. Температура крови у лошади в норме При заболевании средняя квадратичная скорость молекул, входящих в состав крови, увеличилась на . Какова стала температура крови у лошади?

116.В баллоне с поршнем находится кислорода. Определить:

1.Какое количество теплоты получит кислород?

2.Как изменится его внутренняя энергия?

3.Какую работу совершит газ, если он нагревается при постоянном давлении от до

117.При вдохе в легкие овцы попадает воздуха. На сколько изменится внутренняя энергия воздуха, если его температура была а температура внутри легких Атмосферное давление молекулярная масса воздуха .

118.Какое количество теплоты затрачивается на нагревание воздуха поступающего в легкие коровы за если за вдох в легкие поступает воздуха при Молекулярная масса воздуха

  1. вы

119.Вычислить работу. совершаемую коровой за один вдох, считая плевральное давление за время вдоха постоянным и равным Жизненный объем легких у коровы Какова мощность дыхательного процесса, если частота дыхания в минуту? Молекулярная масса воздуха

120.Какое количество теплоты затрачивает человек на испарение пота, если за сутки он выделяет пота? Какое полное количество теплоты выделяется за сутки человеком, если масса его тела, а удельная теплопродукция тела