Вторият закон на термодинамиката и живия организъм

Ако валидността на I закон на термодинамиката за живите организми никога не е бил разпитан, приложимостта на биологични обекти на втория закон, причинени разгорещени дискусии. В действителност, ентропията на всяка орга-nism в живота не се увеличава, тъй като тя изглежда в началото на II, и е останал относително постоянна. Някои учени смятат, тази функция дори и най-характеризира Терни отличителен белег на живота. Например, известен съветски биолог Е. S. Bauer формулиран принципа на "опорна-chivogo неравновесие", съгласно който неживи система винаги стремеж към състояние на равновесие (което е придружено от увеличаване на ентропията-къмпинг), докато живите организми са по-въздържат без равновесно състояние с постоянна ентропия за от нейната свободна енергия. Това в действителност правилно положение е значително неточности, което ще бъде обсъдено по-нататък. Важно е да се отбележи, че някои vitalistic Настройки ennye учените са представили идеята за специална "анти-ентропия" живот мисия поради някаква "жизнена сила". В този час, стана ясно, че всички тези аргументи, които все още се намират в популярната литература, въз основа на под-предпазливост.

Термодинамика на отворени системи razrabotena сравнително скоро (през 50-60-те години на този век), че редица учени, сред които особено място е заета от IR Пригожин, награда за работата на Нобелова награда. Основната идея е съвсем проста Пригожин. Общото изменение на ентропията на отворени системи, трябва да бъде представена под формата на две части: първата причина за тях (# 916; и и) са вътрешни процеси, които са необратими и винаги придружени от загуба на енергия; втората част (# 916 Е и) поради обмена на енергия и материя между системата и околната среда. Ето защо,

Подобно на това, може да се запише за половин мандат промяна на свободната енергия на една отворена система:

Тъй като всички реални процеси в отворени системи е по избор-необратимост г. # 916; и е винаги по-голяма от нула, а # 916; и Г - винаги отрицателна, но. Що се отнася до # 916 Е и (или # 916; д G), признаците на тези стойности в различни ситуации могат да имат различни значения, в процеса на обмен с околната среда, свободната енергия на системата може и Уве-lichivatsya и намаляване. Не е трудно да се отгатне, че в organiz-ми е за първи път се провежда в усвояването на храната, а втората - с неблагоприятни последици, които предизвикват допълнителни разходи Nye безплатна енергия.

Трябва да се отбележи, че натрупването на свободната енергия на системата, покрити (и съответно до намаляване на ентропията) винаги е свързано с увеличаване на ентропията в околната де на, тоест, в други органи, които са свързани с изучаваната B-ТЕМ. Помислете, например, отношенията на фотосинтезата с про-цесията, появил се на слънцето. При създаването на един мол глюкоза свободна енергия на инсталацията се увеличава с около 48 000 J, и ентропията се намалява от 160 J K -1 (при темпера-кръг 300 К). Синтезът на една молекула глюкоза изисква три scheniya абсолютен рентгенови лъчи, и въз основа на един мол - 3Na = = 18 октомври 23 кванти. През слети реакции предоставят на слънце Ing количество радиация кванти, ентропията увеличава Sun 1800 J. К -1. Следователно, компенсирани-ТА на намаляване на ентропията до 160 J K -1 в биосферата на Земята без необходимост ентропията продукти 1800 JK -1 на слънцето.

Като цяло, в една отворена система # 916; д ≤≥0, където времето за целия интервал от общата промяна на ентропията могат да бъдат различни, тъй като стойностите варират непрекъснато # 916; и С и # 916; д а и най-накрая - и знак. Във връзка с тази опция е въведена в термодинамиката от покрити системи, което е отсъства в класически термодинамиката (термодинамиката на изолирани системи). Крайно време беше. В класическата термодинамика разглежда само зададете режим, който ще позволи, не се взема предвид зависимостта на параметрите на термодинамичен процес от време на време. Термодинамиката на отворени системи е по избор-отиват да се вземат предвид непрекъснатото изменение на свободната енергия и ентропия, което се дължи на свързването на тези системи с постоянно променящата се външна среда.

Поради това, формулировката на втория закон на термодинамиката за отворени системи, подходящи за въвеждане на стойност скорост

DS / DT променя entropii- което се определя с израза

Държавите - ди и / DT се нарича производство на ентропията и де S / DT хомо-ком ентропията.

Сега можем да се формулира втори закон на термодинамиката-ки за отворени системи: отворени системи за вътрешно Menen ентропия винаги е положителен, а на вътрешния промяната-на безплатна енергия винаги е отрицателен. Той подчертава, недвижими необратимост на термодинамичните процеси в отворени системи:

В изолирана система, де S / DT = 0 и DS / DT = ди и / DT От

трябва да бъде "класически" състав на втория

За да се поддържа необходимата живот ще направи непрекъснат зададена в тялото на свободната енергия в околната среда, което ще запълни-непрестанното намаляване на свободната енергия на организма ще се изпълнява в различни видове, както и да се поддържа постоянна ентропия организъм. Този процес понякога се нарича отрицателна ентропия поток в тялото. Терминът "отрицателна ентропия" (или "негативна ентропия") доволен, но е трудно да се разбере и често обърква термо-логии, така че те да имат голяма полза през последните години. Тъй като това включва, по-специално, друг погрешно схващане. В литературата могат да се намерят на изложението ако тялото получава с отрицателен ентропията пи-кипене, тъй като храни са протеини, нуклеинови киселини, полизахариди, мазнини - положителни съществува с ниска ентропия, тъй като комплекс молекулата атоми подредени разпределение и термодинамично Env вероятността за такава система е ниска. Въпреки това, тези твърдения не вземат под внимание, че в храносмилателния тракт всички сложни молекули са разпределени в мономери. Те ВСА ik- от червата в кръвния поток и от там да проникнат в клетките. Той е получен от мономер свободна енергия в биологичното окисляване. Следователно, Ник Coy "негативна", а дори и с ниска ентропия на лице, което не е полу-chaet усвояването на храната. приемане на храна осигурява термодинамична гледна точка, постоянна доставка на тялото на свободна енергия. Над 60 години от живота, човек изяжда около 14 тона въглехидрати, 2,5 тона на протеини и мазнини. Ако добавим и 56 тона вода пиете, че е лесно да се изчисли, че в човешкото тяло по време на живота на масовите движения съм общества, хиляди пъти по-голяма от собственото си тегло. Това ясно се вижда, че един жив организъм - една отворена Б Петя Буюклиева.

Стационарни нарича състояние на отворени системи имаме, в които основните макроскопски параметри на системата, ние ще останат постоянни. Необходимо е да се подчертае фундаменталната разлика между състояние на равновесие и стационарно състояние

Характеристиките и стационарни равновесие състояние

(Gubanov, Utepbergenov, 1978)

Безплатната енергия и ентропията на системата работи в системата получите максимална липса на градиенти в системата

Безплатната енергия на системата и rabotosposo-- Nosta постоянно, но не и минимално ентропията в системата е постоянно на базата на равенство на продукти и ентропията поток постоянно присъствие на градиенти в системата

В състояние на равновесие в системата спря всички про-процеси, в допълнение към термично движение на молекули; Съответно, вие-оценка на преизчислява всички градиенти. В стабилно състояние са химическа реакция, дифузия, йонен транспорт и други protses-Сай, но те са балансирани, така че състоянието на системата като цяло не се променя. При стационарно състояние, има Grad-cients между отделните части на системата, но те остават постоянни. Това е възможно само при условие, че околната среда на системата приеме агент и свободната енергия и дава на продуктите на реакцията, и жегата. Термодинамични критерий (състояние) със стационарната стоящи е равенството между производството на ентропия орга-nism и ентропия поток от него в околната среда:

и промяна в общия брой на ентропията е нула:

Ясно е, че термодинамично равновесие, характерни за прекъсване на потока на вещества между системата и околната среда, докато в равновесно състояние на една отворена система поддържа дрън Годар обмяната на веществата и енергията с околната среда. Тя е в средата за около Rouge отворена система черпи свободно Ener Gia необходимо да се поддържа стабилно състояние. За запазване на термодинамично равновесие изразходва енергия без не е необходимо,

В биологична система, термодинамично равновесие мустаци-tanavlivaetsya само при настъпване на смъртта. В конвенционалната мустак-loviyah жив организъм поддържа неподвижно състояние, което се характеризира не от липса на процеси, като по този начин им курс (обикновено много активен и натоварен), с ко-тор те са балансирани, така че основните параметри на системата остават непроменени, като създава външен Imprint-Lenie " успокоя. "

Натуралисти отдавна забелязали желанието на биологични системи, особено високо организирани организми, все още поддържат ядро-ната на живота на едно постоянно ниво през целия живот. Ло-Redin миналия век изключително физиолога С Bernard създадено представяния на постоянството на "вътрешната среда", която се отнася до кръвта, лимфата и междуклетъчната (интерстициален) течност. Тя "е gruzheny-" клетки на всички тъкани и органи. Вътрешният среда на висока прежда votnyh характеризира с относително постоянни физико-химични и физиологични свойства: температура, рН, съдържание на кислород и uglekis-лого газ, вода, йони, захари и други материали, по отношение на кръвното налягане стабилна-ност, кръвни клетки състав и други така Vai наречените физиологични константи.

Bernard К. дава стойността на вътрешната среда на един вид "оранжерия." Cell. Той твърди, че "постоянството на вътрешната среда, е необходимо условие за свободен живот в по-високите животни." Наличие на интегрирана върху вътрешната среда, чиито свойства се запазват постоянни дори при значителни промени в условията на околната среда, дава възможност на лицето запазва nyat живот със значителни колебания на физико-химични параметри на външния свят.

От 1939 корени в науката, понятието "хомеостаза" (готворителни Гре-деривативни думи: # 947; # 969; # 956; # 969; # 953; # 969; # 963; -odinakovy, # 963; # 964; # 945; # 963; # 953; # 963; състояние). Това състояние на биологичната система се осигурява от взаимодействие на вътрешната среда с външния свят. От външната среда човек получава каквото му трябва за цял живот. Тялото й дава своите "токсини". Основни консуматори на всичко, което се биологична система на бамя-кг Ambient и производители "шлака" са клетки. Въпреки това, в тялото на по-високите животни преобладаващата част от клетките не са в пряк контакт с външната среда. Клетките се поставят в контакт с тялото среда ДНКи Tren, и които, от своя страна, е свързан с външната среда през кръвоносната, дихателната, храносмилателната, разделяне.

От това можем да разберем, че хомеостазата е именно в равновесно състояние на организма на висшите животни.

Термодинамика на отворени системи позволява да отворите повече оди, добре причината за осъществимост на равновесно състояние за био-логично системи, която се показва в теоремата Пригожин.