Термодинамическая система- совокупность объектов, взаимосвязь между которыми больше, чем с объектами внешней среды. Система может быть ограничена реальной или воображаемой границей раздела. Характеристикой системы является масса (совокупность масс молекул из которых она состоит) и внутренняя энергия (тепловая энергия молекул и энергия межмолекулярного взаимодействия).

Различают системы:

 изолированные – не обмениваются с внешней средой ни веществом, ни энергией (∆m=0, ∆E=0), являются физической абстракцией;

закрытые – обмениваются с внешней средой энергией, но не обмениваются веществом (∆m=0, ∆E≠0);

открытые – обмениваются с внешней средой и веществом и энергией (∆m≠0, ∆E≠0). Все живые организмы являются открытыми термодинамическими системами.

В зависимости от агрегатного состояния компонентов системы различают:

гомогенные – системы, в которых отсутствуют резкие изменения физико-химических свойств при переходе из одних областей системы к другим (например, плазма крови);

 гетерогенные – системы, состоящие из двух или более гомогенных (например, цельная кровь).

Совокупность параметров системы (объем, давление, температура, плотность и т.д.) характеризуют состояние термодинамической системы. Различают:

равновесное состояние, при котором свойства системы остаются неизменными в течении сколь угодно большого промежутка времени и отсутствуют потоки вещества и энергии (изолированная система);

стационарное состояние, при котором свойства системы остаются постоянными во времени, но имеются потоки вещества и энергии. В разных частях системы параметры обычно различаются (например, концентрация глюкозы в организме человека);

переходное состояние, при котором свойства системы изменяются во времени.

Вопрос 16

Первый закон термодинамики, его приложение к биосистемам. Изобарические процессы и понятие энтальпии. Закон Гесса.

1-го закона термодинамики: количество теплоты, переданное системе, идет на изменение внутренней энергии системы и совершение системой работы

                                     Q = ∆U + A

1-ое начало термодинамики называют так же законом сохранения энергии: энергия в изолированной системе не возникает и не исчезает, а лишь переходит из одной формы в другую в строго эквивалентных количествах.

1-е начало термодинамики является фундаментальным законом природы, который доказан многочисленными экспериментами и не может быть выведен из других законов. Его следствием является невозможность создания вечного двигателя 1-го рода – машины, которая бесконечно долго совершает внешнюю работу без подвода энергии из вне.

Если рассматривать первое начало термодинамики в приложении к идеальным газам, то следует учитывать только одну форму работы – расширение газа, в этом случае формула приобретает вид

Q = ∆U + pDV,

где ∆V – изменение объема системы.

В зависимости от протекания все процессы в такой системе можно разделить на:

1. Изохорические процессы – протекают при постоянном объеме системы (DV = const), следовательно Q = ∆U.

2. Изобарические процессы – протекают при постоянном давлении (p = const), следовательно Q = ∆U + pDV.

3. Изотермические процессы – протекают при постоянной температуре (T = const). Используем для выражение давления через уравнение Менделеева–Клайперона: , где m – масса газа, M – молярная масса, Т – температура, R – универсальная газовая постоянная. При этом работа может быть определена как .

Выделяют также адиабатические процессы, при которых система не обменивается теплом с окружающей средой (Q = 0)

Величина U + pV получила название – энтальпия (Н) – функция состояния системы, приращение которой равно теплоте, полученной в изобарном процессе.

В термодинамической системе выделяющуюся теплоту химической реакции (экзотермический процесс), следует рассматривать как уменьшение энтальпии системы (ΔH < 0), а поглощение системой энергии (эндотермический процесс) – как ее увеличение (ΔH > 0).

 Закон Гесса гласит: тепловой эффект химической реакции не зависит от пути ее протекания и определяется только начальным и конечным состоянием системы.      

Закон Гесса часто используют для определения тепловых эффектов, которые трудно или невозможно измерить непосредственно.

Важным следствием закона Гесса является правило, согласно которому тепловой эффект реакции равен разности суммы теплот образования продуктов реакции и суммы теплот образования исходных веществ.

Вопрос 17