LÝ SINH ĐẠI CƯƠNG - NHIỆT ĐỘNG HỌC docx

116 CHƯƠNG II NHIỆT ĐỘNG HỌC 117 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. 118 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. 119 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: 120 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 có trao đổi năng lượng với môi trường chung quanh c) Hệ mở: Có trao đổi vật chất và năng lượng với môi trường chung quanh 121 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 122 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 123 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. Tuân theo sự bảo tồn năng lượng Nguyên lý nầy thể hiện trong cơ thể sống qua những điểm cơ bản sau: 124 Thí dụ: C + O 2 = CO 2 + Q Quá trình nầy có 2 giai đoạn: C + O 2 = CO + 1 / 2 O 2 + Q 1 CO + 1 / 2 O 2 = CO 2 + Q 2 Q = Q 1 + Q 2 125 C 6 H 12 O 6 + 6O 2  6CO 2 + 6H 2 O + 678 Kcal La Voizier và Laplace (1780) đã làm thí nghiệm sau: [...]... (273 20)  1 0.3 T 1 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... do: Theo định nghĩa về theo phương diện nhiệt của Entropy ta có: dQ dS  T Dựa vào nguyên lý I TdS = dU + A - A = dU - TdS - A là công hữu dụng (hiệu suất) mà hệ có thể sản sinh khi có sự biến đổi nội năng 140 Phần năng lượng của hệ có khả năng sinh công hoặc chuyển sang dạng năng lượng khác gọi là năng lượng tự do (F) của hệ dF = dU- TdS Vậy,quá trình nhiệt động nào có sự biến đổi Entropy càng cao... 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. .. 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... nghĩa như sau: S = k.lnW k- Hằng số Boltzman W- Xác suất nhiệt động 134 Để minh họa ta lấy thí dụ sau: n! N n1!n2! nk! 135 Trạng thái số trạng thái N xác suất W 1 1/16 4 4/16 •6 6 6/16 4 4/16 1 1/16 136 Entropy của hệ gồm nhiều phân hệ bằng tổng Entropy của các phân hệ: n S  Si i 1 Cơ thể sống là hệ nhiệt động mở gồm 2 phân hệ với sự biến thiên của Entropy như sau: * dSi -là sự biến thiên Entropy... nhiệt độ và nhiệt lượng Q (Clausius) S T Vậy Entropy của hệ khi ở trạng thái 1: Q1 S1  T1 Entropy của hệ khi ở trạng thái 2: Q2 S2  T2 132 Khi chuyển từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 thì sự biến thiên của Entropy sẽ là: dQ dS  T Sự biến thiên của Entropy trong hệ nhiệt động biệt lập luôn luôn lớn hơn hoặc bằng không dQ dS  0 T 133 * Định nghĩa theo trạng thái của hệ (Boltzmann): Entropy là đại. .. còn gọi là cân bằng dừng của hệ là trạng thái mà các thông số nhiệt động không thay đổi theo thời gian dS dt  0 • Đối với hệ mở khi ở trạng thái dừng thì nó luôn luôn nhận được năng lượng bù đắp từ bên ngoài 146 • So sánh hai trạng thái cân bằng: • Cân bằng nhiệt động Trạng thái dừng dS 0 dt dS 0 dt S = max S < max dF = 0 dF  0 147 Hoạt động của mô hình trạng thái cân bằng dừng 148 Trạng thái dừng... của hệ * dSe- là sự biến thiên Entropy do cơ thể trao đổi vật chất và năng lượng với môi trường 137 Vậy sự biến thiên Entropy của cơ thể sống bằng tổng sự biến thiên của 2 Entropy thành phần: dS = dSi + dSe + dSi  0 + dSe có thể lớn hơn,nhỏ hơn hoặc bằng không khi Đồng hoá>Dị hoá (hệ nhận năng lượng) - dSe = 0 khi Đồng hoá=Dị hoá - dSe > 0 khi Đồng hoá < Dị hoá (hệ mất 138 năng lượng) - dSe < 0 Do... không ổn định: Nếu bị đẩy khỏi trạng thái cân bằng thì tự nó sẽ không trở lại trạng thái ban đầu 149 Khi thay đổi điều kiện bên ngoài có thể chuyển trạng thái dừng của hệ sang mức khác a-Chuyển đúng b- Chuyển thừa c- “Khởi hành giả” 150 . 116 CHƯƠNG II NHIỆT ĐỘNG HỌC 117 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. một hệ nhiệt động mở 122 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. 1 1 T 20) (273T 0.3    128 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