LÝ SINH ĐẠI CƯƠNG - NHIỆT ĐỘNG HỌC

Nhiệt động học: Là môn học nghiên cứu sự chuyển hóa năng lượng của các quá trình trong hệ nhiệt động cũng như khả năng, chiều hướng và giới hạn của các quá trình đó. Là trạng thái mà hệ không có bất kỳ sự biến đổi nào và các thông số trạng thái không biến đổi theo thời gian.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
LÝ SINH ĐẠI CƯƠNG - NHIỆT ĐỘNG HỌC CHƯƠNG II NHIỆT ĐỘNG HỌC 116 I.MỘT SỐ KHÁI NIỆM 1. Nhiệt động học: Là môn học nghiên cứu sự chuyển hóa năng lượng của các quá trình trong hệ nhiệt động cũng như khả năng, chiều hướng và giới hạn của các quá trình đó. 117 2. Cân bằng nhiệt động: Là trạng thái mà hệ không có bất kỳ sự biến đổi nào và các thông số trạng thái không biến đổi theo thời gian. Khi ở trạng thái cân bằng nhiệt động thì hệ không còn khả năng sinh công. 118 3. Hệ nhiệt động: Là một tập hợp của số lượng lớn những phần tử vật chất được giới hạn trong một không gian nhất định cách biệt với môi trường chung quanh. Có 3 loại hệ nhiệt động: 119 a) Hệ biệt lập:Không trao đổi vật chất và năng lượng với môi trường chung quanh b) Hệ đóng: Không trao đổi vật chất nhưng trao đổi năng lượng với môi trường có chung quanh c) Hệ mở: Có trao đổi vật chất và năng lượng với môi trường chung quanh 120 4) Cơ thể sống là hệ nhiệt động mở : Cơ thể sống là một tập hợp của những phân tử vô cơ và những biopolymer. Trong suốt quá trình sống, cơ thể không nhừng có sự trao đổi vật chất và năng lương với môi trường chung quanh. Vậy cơ thể sống là là một hệ nhiệt động mở 121 II.CÁC NGUYÊN LÝ NHIỆT ĐỘNG TRONG HỆ SỐNG I.Nguyên lý 1:(Về bảo toàn năng lượng) Nhiệt lượng Q mà hệ nhận được trong một quá trình bất kỳ sẽ bằng công A mà hệ sinh ra cộng với sự biến đổi nội năng của hệ Q=A+U  Q > 0 Khi hệ thu nhiệt  Q < 0 Khi hệ mất nhiệt 122 Nguyên lý nầy thể hiện trong cơ thể sống qua những điểm cơ bản sau: Tuân theo sự bảo tồn năng lượng La Voizier và Laplace (1780) đã làm thí nghiệm dựa trên nguyên lý hiệu ứng nhiệt của Hezt như sau: “Nhiệt lượng tỏa ra (hoặc thu vào) trong các phản ứng hoá học không phụ thuộc vào quá trình phản ứng mà chỉ phụ thuộc vào dạng và trạng thái của những chất tham gia phản ứng và sản phẩm của nó ”ù. 123 Thí dụ: C + O2 = CO2 + Q Quá trình nầy có 2 giai đoạn: C + O2 = CO + 1/2O2 + Q1 CO + 1/2O2 = CO2 + Q2 Q = Q1 + Q2 124 La Voizier và Laplace (1780) đã làm thí nghiệm sau: C6H12O6 + 6O2  6CO2+ 6H2O + 678 Kcal 125 Kết quả cho thấy: Q  U Sở dĩ như vậy là vì ta đã giả định A = 0 Trên những thiết bị hiện đại hơn Etoiter (1904) đã thu được kết quả cho thấy sự sai lệch không đáng kể giữa Q và U Không thể chuyển trực tiếp từ nhiệt thành công 126 Không hoạt động theo nguyên lý của máy nhiệt Nếu cơ thể hoạt động như máy nhiệt với hiệu suất 30% (hiệu suất nầy thấp hơn trong thực tế ) và nhiệt độ môi trường chung quanh là 20 0C độ buồng đốt (cơ thể) phải là: T2  T1 n%  Hiệu suất máy nhiệt: T2 T (273 20)  1 0.3 T1 0K 0.3 T1 = T1 - 293 T1 = 418,60K Hay T1 = 135,60 C 127 Vậy nguyên lý 1 trong cơ thể sống: * Tuân theo nguyên lý I nhiệt động học thể hiện qua thí nghiệm của La Voizier và Etoiter trên chuột cách ly. *Không thể sinh công từ nhiệt được chuyển trực tiếp từ bên ngoài *Hoạt động sinh công của cơ thể sống hoàn toàn khác với một máy nhiệt 128 2.Nguyên lý 2: Cho biết khả năng cũng như xu hướng biến đổi của các quá trình trong hệ. Đối với hệ sống người ta xét trên 3 đại lượng sau: - Gradien - Entropy - Năng lượng tự do 129 a) Gradien: Đặc điểm : - Là độ biến thiên giá trị của thông số nào đó trên một đơn vị chiều dài. - Gradien là một đại lượng vectơ - Gradien trong hệ biệt lập luôn có xu hướng tiến đến 0. 130 Trong hệ sống: *Trong cơ thể sống tồn tại đồng thời nhiều gradien và chúng có thể tương tác lẫn nhau (Aùp suất thẩm thấu, điện thế, nồng độ….) *Các hoạt động sống gắn liền với sự tồn tại của các gradien nầy. 131 b) Entropy: *Định nghĩa theo nhiệt độ và nhiệt lượng (Clausius) Q S T Vậy Entropy của hệ khi ở trạng thái 1: Q1 S1  T1 Entropy của hệ khi ở trạng thái ...