ĐỀ CƯƠNG LÝ SINH Câu 1: So sánh sự biến đổi các dạng năng lượng trong tự nhiên và trong cơ thể sống. Trong tự nhiên Trong cơ thể sống Đều là sự biến đổi các dạng NL từ dạng này sang dạng khác Trong quá trình biến đổi, NL ko sinh ra thêm mà cũng ko biến mất đi NL vào cơ thể: Cơ thể không tự sinh ra NL mà phải lấy cơ sở từ hóa năng thức ăn chuyển thành các dạng NL cần cho sự sống. Có 3 chất chính cung cấp NL cho cơ thể là lipid, protid, glucid. Ngoài ra còn có NL nhiệt, NL của sóng điện từ… Chuyển hóa NL trong cơ thể: không giống với các chức năng khác, cơ thể ko có riêng bộ máy chuyển hóa NL chung cho cả cơ thể mà nó xảy ra ở mọi tế bào của cơ thể. Các chất hấp thụ được vận chuyển tới các tế bào, ở đây chúng tham gia vào các phản ứng chuyển hóa phức tạp. Khi ấy, hóa năng của chất hấp thụ chuyển thành các dạng NL cần thiết cho cơ thể. Năng lượng rời cơ thể: NL rời cơ thể dưới dạng các hóa năng của các chất bài tiết, động năng, điện năng, và nhiệt năng. Người ta thường chia các nguyên nhân tiêu hao NL cơ thể thành 3 loại lớn: + Tiêu hao NL để duy trì sự sống + Tiêu hao NL cho phát triển cơ thể + Tiêu hao NL cho sinh sản Câu 2: Trình bày định luật I nhiệt động học và các hệ quả của nó. Định luật I nhiệt động học: “Trong một quá trình, nếu năng lượng ở dạng này biến đi thì năng lượng ở dạng khác sẽ xuất hiện với lượng hoàn toàn tương đương với giá trị của năng lượng ban đầu”. Bao gồm 2 phần: Về định tính: Khẳng định năng lượng không mất đi mà nó chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác Về định lượng: Khẳng định giá trị năng lượng vẫn được bảo toàn (tức giữ nguyên giá trị khi quy đổi thành nhiệt lượng) khi chuyển từ dạng năng lượng này sang dạng năng lượng khác. + Giá trị năng lượng chỉ được bảo toàn khi quá trình xảy ra là quá trình thuận nghịch, và hiệu suất của quá trình đạt 100%. + Đối với quá trình bất thuận nghịch, hiệu suất của quá trình < 100% thì ngoài phần NL truyền cho hệ phải cộng thêm phần NL đã tỏa ra môi trường xung quanh. Thiết lập biểu thức của định luật I nhiệt động học: Xét một hệ cô lập ở trạng thái ban đầu có nội năng U1, nếu cung cấp cho hệ một nhiệt lượng Q thì một phần nhiệt lượng hệ sự dụng để thực hiện công A, phần còn lại làm thay đổi trạng thái của hệ từ trạng thái ban đầu có nội năng là U1 sang trạng thái mới có nội năng là U2. Từ nhận xét trên ta có biểu thức: Q = ∆U + A Q – A = ∆U Q – A = U2 – U1= ∆U Như vậy năng lượng ban đầu dưới dạng nhiệt lượng Q và nội năng U1 sẽ chuyển sang dưới dạng công A và nội năng mới với giá trị bằng nhau. Hệ quả: Ta có: ∆U = U2 – U1 = Q – A Từ đó ta có hệ quả: + ∆U = 0 U1 = U2 = Q = A: khi biến đổi theo một chu kỳ kín (trạng thái ban đầu và cuối bằng nhau). thì nội năng của hệ số không thay đổi. + ∆U>0 U2>U1 Q>A: Khi cung cấp cho hệ một nhiệt lượng. Nếu hệ không thực hiện công thì toàn bộ nhiệt lượng mà hệ nhận được sẽ làm tăng nội năng của hệ. + ∆U < 0 U2 < U1 Q < A: khi nhiệt lượng được cung cấp không đủ cho điện năng sinh công thì nội năng ban đầu sẽ bị giảm để bù vào phần năng lượng thiết yếu do đó làm giảm nội năng của hệ. Từ đó suy ra, nếu không cung cấp nhiệt lượng cho hệ mà muốn hệ sinh công thì phải làm giảm nội năng của hệ. Trong chu trình khép kín (∆U = 0) nếu không ở nhiệt lượng thì hệ không có khả năng sinh công. VD: Đối với cơ thể sinh vật: Ban đầu có nội năng U1 Được cung cấp năng lượng dưới dạng chủ yếu là hóa năng: Q Nội năng sau là U2, công thực hiện là A Ta có theo định luật I nhiệt động học thì: Q + U1 = A + U2 ∆U = U2 – U1 = Q – A Nếu A>Q: công sinh ra nhiều hơn năng lượng được cung cấp: U1>U2 cơ thể vật sẽ gầy gò Nếu AU1 năng lượng được dự trữ trong các bộ phận của cơ thể sinh vật to, lớn, béo hơn (tăng …năng) Nếu A=Q, công sinh ra bằng năng lượng được cung cấp cơ thể sinh vật giữ nguyên hình thái. Câu 3: Phát biểu, vẽ sơ đồ, viết biểu thức và ý nghĩa của định luật Hess. Định luật Hess phát biểu như sau: “NL sinh ra bởi quá trình hóa học phức tạp không phụ thuộc vào các giai đoạn trung gian mà chỉ phụ thuộc vào các trạng thái ban đầu và cuối cùng của hệ hóa học”. Sơ đồ: Trong đó: Q1, Q2,…, Qn2, Qn1, Qn: nhiệt lượng sinh ra của mỗi giai đoạn U1, U2, U3,…, Un1, Un: Nội năng của hệ tại mỗi giai đoạn Biểu thức: Qn = Q1 + Q 2+…+ Qn2 + Qn1 Ý nghĩa: được ứng dụng rộng rãi trong y học để xác định khả năng sinh nhiệt của thức ăn cho cơ thể. Khả năng sinh nhiệt này, theo định luật Hess cũng bằng nhiệt lượng sinh ra trong quá trình oxy hóa thức ăn trong cơ thể. Có ý nghĩa quan trọng đối với hệ sinh vật . Trong hệ sinh vật diễn ra nhiều phản ứng phức tạp, cho đến nay vẫn còn nhiều phản ứng trung gian chưa có thể đo trực tiếp đc hiệu ứng nhiệt. Dựa vào định luật Hess có thể giải quyết được khó khăn này. Câu 4: Chứng minh định luật I nhiệt động học áp dụng đúng vào cơ thể sinh vật “Trong quá trình nếu năng lượng ở dạng này biến đi thì năng lượng ở dạng khác sẽ xuất hiện với một lượng hoàn toàn tương đương với giá trị của năng lượng ban đầu”. Như vậy, định luật I nhiệt động học sẽ gồm 2 phần: định tính và định lượng. Đối với cơ thể sinh vật, ta thấy: Về định tính: năng lượng không mất đi mà nó chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác. + Đối với cơ thể, nguồn NL để có thể thực hiện tất cả các dạng công kể trên là năng lượng hóa học của thức ăn (protid, glucid, lipid) tỏa ra khi bị oxy hóa. + Đối với thực vật, nguồn NL tương ứng là năng lượng mặt trời dự trữ trong quá trình quang hợp. NL này cũng đc đv sử dụng thi ăn tv. + Ngoài ra, cơ thể còn được cung cấp Nl dưới dạng điện năng – thu nhận sóng điện từ. Tuy nhiên các dạng Nl này không được sử dụng trực tiếp để thực hiện tất cả các dạng công trong cơ thể. Đầu tiên, NL của mặt trời và thức ăn được chuyển hóa thành liên kết giàu NL của những chất nào đó mà chủ yếu là ATP. Sau đó, khi cơ thể cần năng lượng để sinh công, ATP phân hủy cung cấp cho cơ thể dưới dạng các công: + hóa học : tổng hợp các chất có trọng lượng phân tử cao từ các chất có trọng lượng phân tử thấp và khi thực hiện các phản ứng hóa học xác định. + công cơ học: công sinh ra khi dịch chuyển các bộ phận của cơ thể, các cơ quan trong cơ thể hay toàn bộ cơ thể nhờ các lực cơ học. + Công thẩm thấu: Công vận chuyển các chất khác nhau qua màng hay qua hệ đa màng từ vùng có nồng độ thấp sang vùng có nồng độ cao hơn. + Công điện: Công vận chuyển các hạt mang điện trong điện trường, tạo nên hiện điện thế và các dòng điện. Như vậy, năng lượng ban đầu dưới dạng chủ yếu là hóa năng sẽ không bị mất mà chuyển hóa thành năng lượng dưới dạng các công trong cơ thể sống giúp sv tồn tại, sinh trưởng và phát triển, sinh sản. Cuối cùng chúng chuyển hóa thành nhiệt năng để tỏa ra môi trường sống. Về định lượng: khẳng định giá trị năng lượng vẫn được bảo toàn khi chuyển dạng năng lượng này sang dạng năng lượng khác. Áp dụng với cơ thể sinh vật: có nội năng U1, được cung cấp hóa năng (thức ăn) tạm gọi là Q, và các công thực hiện là A, phần còn lại làm biến đỏi vật thành trạng thái có nội năng U2. Theo định luật I, ta có: U1+Q=A+U2 ∆U= U2 – U1 = Q – A Nếu ∆U>0 U2>U1 Q>A năng lượng cần thiết ít hơn năng lượng được cung cấp nội năng tăng cơ thể béo lên Nếu ∆U