Распределение атмосферного давления по земной поверхности обусловливает движение воздушных масс и атмосферных фронтов, определяет направление и скорость ветра

Методы определения

Установление степени влажности многих продуктов, материалов и т. п. имеет важное значение. Только при определённой влажности многие тела (зерно, цемент и др.) являются пригодными для той цели, для которой они предназначены. Жизнедеятельность животных и растительных организмов возможна только в определённых диапазонах влажности и относительной влажности воздуха. Влажность может вносить существенную погрешность в вес предмета. Килограмм сахара или зерна с влажностью 5 % и 10 % будет содержать разное количество сухого сахара или зерна.

Измерение влажности определяется высушиванием влаги и титрованием влаги по Карлу Фишеру. Эти способы являются первичными. Помимо них разработано множество других, которые калибруются по результатам измерений влажности первичными способами и по стандартным образцамвлажности.

Атмосферное давление - давление атмосферного воздуха на находящиеся в нем предметы и на земную поверхность. В каждой точке атмосферы атмосферное давление равно весу вышележащего столба воздуха с основанием, равным единице площади; с высотой атмосферное давление убывает.

Показателем давления служит высота ртутного столба в мм, уравновешиваемого давлением воздуха. В системе СГС атмосферное давление измеряется в миллибарах (мбар), в системе СИ - в гектопаскалях (гПа).

При повышении температуры воздух расширяется и конвективно поднимается, а давление падает. При уменьшении температуры воздух сжимается, становится более плотным, а давление растет.

Распределение атмосферного давления по земной поверхности обусловливает движение воздушных масс и атмосферных фронтов, определяет направление и скорость ветра.

Дыхание - совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода и удаление углекислого газа (внешнее дыхание) и использование кислорода клетками и тканями для окисления органических веществ с высвобождением энергии, необходимой для жизнедеятельности (клеточное, или тканевое дыхание).

Легочное дыхание осуществляется путем чередования вдоха , во время которого атмосферный воздух, насыщенный кислородом , поступает в альвеолы , ивыдоха , при котором воздух, обогащенный углекислым газом , удаляется в окружающую среду. Вдох осуществляется благодаря сокращению наружных межреберных мышц и диафрагмы. Это главные дыхательные мышцы . Мышцы воздействуют на реберно-позвоночные суставы, поднимая и опуская ребра .Диафрагма уплощается во время вдоха и поднимается во время выдоха (куполы выдаются в грудную клетку).

В зависимости от преобладания при дыхании поднятия ребер или уплощения диафрагмы различают типы дыхания : грудной (реберный) и брюшной (диафрагмальный) тип дыхания. Дыхательные движения передаются от грудной клетки к легким через плевральную полость , в которой давление меняется. Так, перед вдохом давление в плевральной полости 756 мм рт. ст., а во время выдоха оно увеличивается до 758 мм рт. ст. Иными словами, давление в плевральной полости отрицательное (атмосферное давление 760 мм рт. ст.). Вместе с тем при нормальном вдохе давление снижается до 758 мм рт. ст., а при выдохе повышается до 762 мм рт. ст. Легочная вентиляция меняется в зависимости от функционального состояния организма. Интенсивность легочной вентиляции определяется глубиной вдоха и частотой дыхательных движений. Для суждения о морфофункциональном состоянии дыхательной системы определяют ряд показателей легочной вентиляции . Показателеи легочной вентиляции измеряют с помощью спирометра . В результате легочной вентиляции воздух попадает в альвеолы , где происходит диффузия кислорода из воздуха в кровь , а углекислого газа из крови в воздух.

8……Первое начало термодина мики.Рассмотрим термодинамическую систему, для которой меха ническая энергия не изменяется, а изменяется то лько вн утренняя энергия.Опр:Кол-во теплоты,кото рое передаётся системе идёт наувеличение её внутренней энергиии на рабо ту,которую совер шает система над внешними телами.Q=/\U +A. Первое начало термодинамики – это з-н сохра нения и превращения энергии для термодина мических процессов.

Обратимые и необратимые процессы прямой и обратный цикл. Термический КПД для круговых процессов.

Круговые процессы – процесс при котором система, пройдя ряд состояний возвращается в исходное. Прямые и обратные циклы. На диаграм ме процессов цикл изобр. замкнутой кривой. Цик лы можно разбить на процессы расширения и сжа тия. Работа за цикл определяется площадью замк нутой кривой. Если работа за цикл > 0, то цикл назы вается прямым, если меньше нуля – обратный. Термический КПД для кругового процесса. Из пер вого начала термодин. для круг. процесса:бА = dA;

Q=A;Q=Q1-Q2;Q1-кол-вр теплоты пол. системой Q2-кол-во теплоты отдан.с-ме;ɳ=A/Q=(Q1-Q2)/Q1=1-Q2/Q1; ɳ<1Обратимые и необратимые процессы

Обратимый процесс, кот. может проходить как в прямом так и в обратном направлении. Если такой процесс происходит с начала в прям., а затем в обрат. направл. и система возвр. в исходное сост., то в этой системе в окружающих телах ничего не изменится. Всякий процесс, не удовлетворяющий этим условиям называется необратимым. Энтро пия. Приведённое кол-во теплоты – это отношение теплоты полученное в изотермическом процессе к Т теплоотдающего тела.

dP/dT =L/T(V2-V1). Оно определяет метод расчета равновесия 2-ух фаз одного в-ства. P–равновесное давление, L-теплота фазового перехода ,V2-V1 –изменение обьема ,Т -температура перехода.

Анализ экспериментальной диаграммы состояния . --На основании экспериментальной диаграммы состояния можно судить в каком состоянии нахо дится вещество при изменении Р и Т и какие фазо вые переходы будут происходитьФазовые перехды.

Фаза – т.д. равновесное состояние в-ства отличного по физическим с-ствам от других возможных рав новесных состояний этого же в-ства. Фазовый пере ход связан с качественным изменением в-ства—пе реход из одной модификации в другую – углерод, алмаз. Фазовый переход первого рода – переход сопровождающийся погщением или выделением тепла. Фазовый переход 2-го рода не связан с пог лощением или выделением тепла или изменением объема (переход ферромагнитных в-ств Fe или Ni в паромагнитное состояние). (переход Ме и спла вов при Т= -273⁰ К характеризуется скачкообразным уменьшением сопротивлением до 0.

9…….. Второе начало термодинамики 2 формулировки по (Кельвину и Клаудису). Статистическое толкование.

II начало термо динамики определят направлении протекания тер модинамических проц., указывая какие проц. в при роде возможны, какие нет. Формулировка по Кель вину: невозможен круговой процесс, единственный результат которого является превращение теплоты, полученное от нагревателя в эквивалент его рабо ты. Формулировка по Клаузису: Невозможен кру говой процесс, единственным результатом которо го является передача теплоты полученная от менее нагретого тела к более. Второе начало термоди намики может быть сформулировано как закон возрастания S, т.е. любой необратимый процесс замкнутой системы происходит так, что энтропия системы при этом возрастает. Статическое толко вание второго начала термодинамики. Второе начало являясь статистическим законом описывает закономерное хаотическое движение большого числа частиц, составляющих замкнутой системы, поэтому возрастает S означает переход системы из менее вероятной в более вероятное состояние.

10……… Энтропия. Неравенство Клаудиусса. Изменение энтропии.

Энтропия – приведённое кол-во теплоты, сообщаемое телу в любом обрати мом процесс = 0. f бQ/T = 0 подинтегр. выраж. полный дифференциал некоторой ф-ции, кото рая определяется только состоянием системы и не зависит от пути каким система пришла в это сост. Ф-ция сост. дифференциала, которая являетсябQ/T – называется энтропией.Неравен ство Клаузиса. Если система освершает равновесный переход из сост. 1 в 2 DS12 = S2 – S1 = ∫бQ/T = ∫(dU + бA)/T = m/M Cv∫dT/T + m/MR∫dV/V = dU = m/M CvT;

бA = m/M RT dV/V = m/M(Cv ln T2/T1 +R ln V2/V1);

Изменение энтропии DS идеального газа при переходе его из состояния 1 в 2 не зависит от вида процесса, а зависит от параметров начального и конечного состояния.Изоэнтропийный процесс – это процесс, протекающий, при постоянной энтропии. Это адиабатный обратимый процесс, для него бQ = 0 ; бS = 0

РОЛЬ ЭНТРОПИИ В БИОСИСТЕМАХ

Все сказанное указывает на важную роль энтропии в биосистемах. Однако нужно отметить, что эта термодинамическая функция имеет несколько смысловых значений и не все они в равной мере приложимы к живым организмам. Рассмотрим их последовательно.

Энтропия как мера рассеяния энергии при необратимых процессах. В этом аспекте данная функция полностью приложима к биосистемам. Чем больше возрастание энтропии при каком-либо процессе, тем больше рассеяние энергии и тем более необратим данный процесс.

Энтропия как мера возможности процесса. В этом качестве энтропия выполняет важную роль, и приговор ее непререкаем. Самопроизвольно могут протекать только такие процессы, при которых эта функция или увеличивается (необратимые), или остается постоянной (обратимые). Процессы, при которых энтропия уменьшается, самопроизвольно протекать не могут, то есть термодинамически невозможны. Эта роль энтропии полностью приложима и к биологическим системам. Термодинамический энтропийный критерий и здесь однозначно определяет возможность протекания того или иного процесса. В этой связи утверждение, которое иногда приходится слышать, что ферменты делают возможными реакции, которые в данных условиях при их отсутствии невозможны, следует признать неверным. Ферменты лишь ускоряют во много раз те реакции, которые и без их участия могут протекать, но с очень низкой скоростью.

Однако, говоря о роли энтропии как меры возможности процесса, необходимо отметить, что "мудрость живых систем" проявляется и здесь. Энергетический обмен у них организован таким образом, что они могут обходить энтропийный термодинамический критерий и в них протекают не только возможные, но и невозможные с термодинамической точки зрения реакции. Это все реакции, при которых энтропия уменьшается, а свободная энергия увеличивается, - биосинтез различных веществ, работа систем активного транспорта и т.д. Каким образом это удается делать биологическим объектам? Это оказывается возможным благодаря механизму так называемого энергетического сопряжения. Суть этого сопряжения состоит в том, что возможная с точки зрения энтропийного критерия реакция сопрягается с реакцией термодинамически невозможной и дает для нее энергию (рис. 3). Два условия необходимы для осуществления энергетического сопряжения: 1) свободная энергия, даваемая термодинамически возможной реакцией, должна превышать энергию, потребляемую реакцией термодинамически невозможной, то есть должен быть некоторый избыток энергии с учетом вероятных потерь при ее передаче; 2) обе сопрягаемые реакции должны иметь общий компонент. Такими компонентами в биологических системах могут быть фосфат, электрохимический градиент протона и др.

Энергетическое сопряжение в биосистемах - это выдающееся изобретение природы. Оно осуществляется обычно при участии структурных элементов клетки. Наиболее ярким примером такого сопряжения являются процессы окислительного и фотосинтетического фосфорилирования, протекающие при участии соответственно сопрягающих митохондриальных и фотосинтетических мембран. Как известно, в ходе этих процессов за счет энергии переноса электронов по дыхательной или фотосинтетической цепи осуществляется синтез богатых энергией молекул АТФ (фосфорилирование АДФ), используемых для совершения самой разнообразной работы.

Энтропия как мера упорядоченности системы. Мы уже говорили, что энтропия отражает ту часть энергии системы, которая деградировала, то есть равномерно рассеялась в виде тепла. Таким образом, чем меньше порядка в системе, то есть чем меньше градиенты энергии, тем больше ее энтропия.

Особенно четко связь энтропии с упорядоченностью системы проявляется в формуле Планка-Больцмана, которая связывает энтропию с термодинамической вероятностью:

S = k ln W,

где S - энтропия, k - постоянная Больцмана, равная 1,38 " 10- 23 Дж " К-1, или 3,31 " 10- 24 энтропийных единиц (1 энтропийная единица равна 1 кал " град-1), и W - термодинамическая вероятность, то есть число способов, которыми достигается данное состояние. Она всегда больше единицы. В общем виде она равна:

где (если речь идет о молекулах) N - общее число молекул, Ni - число молекул в i-м фазовом объеме.

Допустим, у нас есть система, состоящая из трех отсеков. В системе находятся девять молекул. Полный беспорядок в такой системе будет тогда, когда молекулы распределены равномерно, то есть в каждом отсеке будет по три молекулы (рис. 4). Термодинамическая вероятность такой системы равна:

Полный порядок в системе наблюдается при нахождении всех девяти молекул в одном из трех отсеков (рис. 4). Термодинамическая вероятность такой системы будет

Таким образом, чем больше упорядоченность в данной системе, тем меньше ее термодинамическая вероятность, и, следовательно, тем меньше энтропия (см. формулу Планка-Больцмана).

В какой мере энтропия как мера упорядоченности приложима к биосистемам. Ответ на этот вопрос в определенной степени дают расчеты Л.А. Блюменфельда [3], который вычислил, насколько меняется энтропия при образовании организма человека из элементов, его составляющих (мономеров, полимеров, клеток). Оказалось, что упорядоченность человеческого организма можно оценить приблизительно в 300 энтропийных единиц. Много это или мало? Чтобы ответить на этот вопрос, достаточно сказать, что настолько меняется энтропия стакана воды при ее испарении. С чем связан такой парадокс? Дело в том, что энтропия оценивает только физическую, энергетическую сторону упорядоченности. Она совершенно не затрагивает качественной ее стороны. Уникальность биологической структуры состоит не в том, сколько энергии в ней содержится и насколько изменилась энтропия при ее образовании, а в том, что эта структура имеет качественные особенности, позволяющие ей выполнять вполне определенные биологические функции. Увы, энтропию это вовсе не интересует. Таким образом, использование энтропии как меры упорядоченности в применении к биосистемам лишено смысла.

11….. Энергетический баланс организма - это соотношение между той энергией, которую вы получили извне, и той, которую отдали изнутри. Обычно энергетический баланс организма выражается в килокалориях. Лично я считаю, что его показатели влияют только на определение правильно питания. Например, если человек съедает большой килокалорий, чем тратит, это плохо, так как ведёт к ожирению.