Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология -> Кеплен С.Р. -> "Биоэнергетика и линейная термодинамика необратимых процессов" -> 26

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 .. 20 21 22 23 24 25 < 26 > 27 28 29 30 31 32 .. 155 >> Следующая

При фиксированной Х2 эффективность потока возрастает монотонно, по мере того как X уменьшается (за исключением случая q2 = 1), и достигает своей максимальной величины в состоянии установившегося потока.
Эти соображения показывают, что в системе с фиксированной входной силой, функция которой заключается не в преобразовании энергии, а в поддержании внешней силы или потока, наиболее эффективно энергия используется в состояниях с фиксированной силой или потоком соответственно.
4.7. Степень сопряжения в неизотермических системах: тепловые машины и цикл Карно
В заключение для полноты изложения следовало бы связать энтропийную эффективность с тепловой эффективностью машины. В термодинамике тепловых машин обратимая машина Карно является стандартом для сравиеиия. Если проследить за состоянием рабочего вещества, проходящего через ряд ступеней, каждая из которых в идеальном случае достигает обратимости, то затрату свободной энергии можно приписать отсутствию обратимости на какой-то ступени. Однако в таком термоэлектрическом элементе, как термопара, в которой необратимый тепловой поток связан с потоком электричества, подобное разделение невозможно. В этом смысле термопара является более близким аналогом энергопреобразующих биологических систем.
Рассмотрим теперь тепловую машину, работающую циклично между Т! и Го. Предположим, что мы выбрали масштаб времени достаточно большой, чтобы время одного,цикла в условиях стационарной работы было пренебрежимо мало. Мы можем теперь рассмотреть поток тепла Jq, входящий в машину при Ти который фактически является стационарным. Предположим, далее, что машина связана с некоторым процессом, протекающим при То, который допускает стационарный или почти ¦стационарный отвод энергии; например поршень может быть связан с генератором постоянного тока. Производство энтропии а этой системе определяется выражением
8/, — J JJ2X2
(4.27)
diSIdt^IE/To + J^TIT {Г0
(4.28)
где I — электрический ток, Е—разность электрических потенциалов и АТ — Т1 — Т0. То же самое выражение можно применить в случае термопары [9]. Выражение для энтропийной эффективности получается точно так же, как ранее:
Л= ~ Jq(AT/Tt)^ (4*29>
Тепловая эффективность т]( определяется как отношение (выход)/(тепло, поступающее в систему):
Tif = (ЛГ/ГО Г| (4.30)
где коэффициент пропорциональности представляет собой эффективность цикла Карно, действующего между теми же температурными пределами. Следовательно, тепловая эффективность этой машины не может превышать эффективность цикла Карно. Она может приближаться к эффективности цикла Карно, только если степень сопряжения равна единице и при этом скорость работы цикла стремится к нулю.
Определение эффективности, которое выводится из производства энтропии, является общим и включает циклические процессы как частный случай. Действительно, для неизотермических систем она представляет собой нормировку тепловой эффективности. Это становится яснее из зависимости т] от q. В рассмотренном выше примере, даже в случае, когда тепловая машина действует бесконечно медленно, эффективность цикла Карно может достигаться только при полном сопряжении входного и выходного процессов. Между машиной и клеммами генератора не должно быть потерь. Если потери возникают, то степень сопряжения будет неполной, но можно рассчитать максимальную эффективность и скорость работы, при которой она будет достигаться. Часть входной энергии, затрачиваемой на трение, будет уменьшаться с уменьшением скорости. С другой стороны, энергия, рассеиваемая из-за таких потерь, как утечка тепла между резервуарами, является основной частью общей энергии, затрачиваемой при низких скоростях. Максимальная эффективность представляет собой оптимальный компромисс между этими двумя видами потерь.
4.8. Выводы
1. Критически рассмотрена классическая трактовка активного транспорта в рамках эквивалентной электрической схемы. Показано, что имеются теоретические и практические трудности, связанные с использованными в этой трактовке понятиями работы, эффективности, электродвижущей силы активного транспорта и стехиометрии.
2. Изложение энергетики с позиций неравновесной термодинамики проведено на примере системы с двумя потоками. Даются определения степени сопряжения (q) и феноменологической стехиометрии (Z); эти величины используются для установления связи между отношением сил и отношением потоков. Обсуждаются последствия полного сопряжения (q—\).
3. Показано, что однозначное и удобное определение эффективности вытекает из диссипативной функции (или в более общем случае для неизотермических систем — из функции производства энтропии). Обсуждаются два важных физиологических состояния, в которых затрата энергии происходит без совершения работы и, следовательно, эффективность равна нулю. Это — состояние с фиксированной силой (нулевой выходной поток) и состояние с фиксированным потоком (нулевая выходная сила).
4. Множество стационарных состояний между состояниями с фиксированной силой и фиксированным потоком характеризуются значениями эффективности, большими нуля и меньшими единицы. В пределах этой области действия эффективность должна проходить через максимум. Максимальная величина эффективности зависит только от степени сопряжения.
Предыдущая << 1 .. 20 21 22 23 24 25 < 26 > 27 28 29 30 31 32 .. 155 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

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

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed