Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология -> Кеплен С.Р. -> "Биоэнергетика и линейная термодинамика необратимых процессов" -> 12

Биоэнергетика и линейная термодинамика необратимых процессов - Кеплен С.Р.

Кеплен С.Р., Эссиг Э. Биоэнергетика и линейная термодинамика необратимых процессов — М.: Мир, 1986. — 384 c.
Скачать (прямая ссылка): bioenergetika1986.djvu
Предыдущая << 1 .. 6 7 8 9 10 11 < 12 > 13 14 15 16 17 18 .. 155 >> Следующая

Между коэффициентами /?,> и другими коэффициентами в уравнениях (3.10), включая Rrr, имеется существенное различие. Последние являются скалярными величинами. С другой
(2.57):
Ф — Jw АЦщ, + /1 АД 1 + /2 АД2 + vA
(ЗЛО)
стороны, поскольку и и и Л являются скалярами, в то время как Ар; и — векторы, коэффициенты /?,> и Rrt должны иметь векторный характер.
3.3. Принцип Кюри — Пригожина
Каков смысл коэффициентов векторного сопряжения? Чтобы понять это, мы должны задуматься над природой сопряжения между потоками и силами, имеющими существенно различный характер. Если реакция внутри мембраны сопряжена с потоком, как в короткозамкнутой коже лягушки, упомянутой выше, интуитивно кажется очевидным, что направление потока должно определяться свойствами мембраны. Если бы мембрана была полностью изотропна и гомогенна, т. е. если бы ее равновесные свойства были одинаковы во всех направлениях, тогда нельзя было бы ожидать возникновения такого взаимодействия. Не ясна причина, по которой в такой мембране потребление метаболической энергии могло бы вызвать транспорт ионов предпочтительно в каком-либо одном направлении. Эта идея заключена в первоначально сформулированном принципе Кюри, который на основе неравновесной термодинамики Пригожина [22] и более поздних работ (см., например, [5, 7]) указывал, что сопряжение между скалярным и векторным потоками невозможно в изотропной среде в линейном режиме. Однако в анизотропной среде такое сопряжение не запрещено. Коэффициент сопряжения неизбежно должен отражать анизотропию среды и, следовательно, сам должен быть векторным.
Принцип Кюри — Пригожина был первоначально предложен при рассмотрении симметрии причинно-следственных связей в кристаллографических системах [4]. Интерпретация этого принципа на основе неравновесной термодинамики сопровождалась некоторыми осложнениями, поскольку, как отмечали Финлайсон и Скривен, не всегда полностью учитывались те радикальные ограничения изотропии и линейности, которые ставили под сомнение возможность скалярно-векторного взаимодействия. В этой книге исследование транспортных и других процессов будет ограничено главным образом линейным режимом, и, следовательно, необходимо рассмотреть только понятия изотропии и анизотропии среды. Использованное здесь понятие изотропии относится к локальным свойствам, другими словами, к свойствам микроскопических элементов среды, достаточно больших, чтобы быть связанными с термодинамическими параметрами. Если элементы системы анизотропны, то в принципе возможно локальное скалярно-векторное сопряжение. Так, давление может вызывать электрическую поляризацию в пьезоэлектрических кристаллах, а гидролиз АТФ — транспорт натрия
в клеточной мембране. Известно, что анизотропия — характерная черта обеих систем. Однако важно также рассмотреть среду, которая является локально-изотропной, но пространственно неоднородной [6]. Например, в мембране может быть несимметричное распределение связанного фермента. Разумно ожидать, что такое неоднородное распределение транспортных и/или реакционных параметров — непрерывное или прерывистое— может влиять на общее поведение мембраны, и можно показать, что «асимметрия» такого рода приводит к специфическим проявлениям скалярно-векторного сопряжения даже в локально-изотропных системах. Коэффициенты сопряжения в этом случае всегда скорее связаны с системой в целом, чем с ее локальными элементами. Такая связь возникает в условиях, приводящих к сопряжению в «стационарном состоянии», и будет обсуждаться в разд. 3.5.
3.4. Стационарные состояния с минимальным производством энтропии
Теперь рассмотрим некоторые важные и типичные свойства стационарного состояния. Что произойдет, если изменится число ограничений, накладываемых на систему в стационарном состоянии? Например, возьмем систему, описываемую уравнениями (3.10). Если накладывается максимальное число ограничений, скажем все четыре силы фиксированы, то стационарное состояние полностью определено, так как больше не осталось степеней свободы. Если ограничения вовсе отсутствуют, то все силы будут стремиться к уменьшению до тех пор, пока система в конце концов не достигнет равновесия. Однако чаще всего мы налагаем промежуточное число ограничений. В таких случаях, как было показано Пригожиным, производство энтропии в линейных системах с симметрией Онзагера постепенно достигает минимума, совместимого с наложенными ограничениями (см., например, [23]). Таким образом, если несколько сил фиксировано, то оставшиеся силы в стационарном состоянии будут достигать таких величин, чтобы связанные с ними потоки обращались в нуль.
3.5. Стационарное сопряжение
В определенных обстоятельствах стационарные состояния могут приводить к особому типу взаимодействия между процессами, протекающими в системе в целом. Это взаимодействие названо Пригожиным стационарным сопряжением. Характерно, что такое взаимодействие проявляет себя как сопряжение
3 Кеплен, Эссвг
Предыдущая << 1 .. 6 7 8 9 10 11 < 12 > 13 14 15 16 17 18 .. 155 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed