Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология -> Владимиров Ю.А. -> "Биофизика " -> 9

Биофизика - Владимиров Ю.А.

Владимиров Ю.А., Рощупкин Д.И., Потапенко А.Я., Деев А.И. Биофизика — Медицина, 1983. — 273 c.
Скачать (прямая ссылка): biofizika1983.djv
Предыдущая << 1 .. 3 4 5 6 7 8 < 9 > 10 11 12 13 14 15 .. 95 >> Следующая

Экспериментальной
основой этой термодинамики являются феноменологические законы,
устанавливающие наличие линейной зависимости между потоками и силами их
вызывающими (табл. 2).
Таблица 2
Сопряженные потоки и силы в неравновесной термодинамике
Название процесса Название потока Обобщенная сила
1. Диффузия 2. Электродиффузия 3. Электрический ток 4. Течение
жидкости Поток незаряженных частиц Поток ионов Поток электронов
Объемный потск Градиент концентрации (dc/dx) Градиент
электрохимического потенциала (djildx) Градиент электрического потенциала
(dif/dx) Градиент гидростатического давления (dP/dx)
Допустим, что в системе имеются два потока - поток тепла (Ф1) и
диффузионный поток массы (Фг) и две обобщенные силы - разность температур
Xi и разность концентраций Хг. Согласно Онзагеру, в открытой системе
каждый поток зависит от всех наличествующих сил, и наоборот, т. е.
Ф1 = ^li^i + Ll2X2,
(1.24)
Ф2 - L2JXt + L22X2,
24
"где Lit и др. - коэффициенты пропорциональности между потоком I и силой
2 и т. д. Эти уравнения, получившие название феноменологических уравнений
Онзагера, указывают на зависимость входных и выходных потоков как от
сопряженных, так и от несопряженных им сил. Например, Ф1 зависит не
только от Xi, но и от Xt. Вблизи равновесия, как показал Онзагер, вклад
от Xt в несопряженный этой силе поток Ф1 равен вкладу от силы Xi
соответственно в поток Ф2, т. е. Lit == Lti. Формулируя это утверждение
по-другому, можно сказать, что равенство Lit = Lti означает, что равное
действие вызывает равную ответную реакцию. Например, тормозящее действие,
которое оказывает движущийся растворитель на растворенное вещество, равно
сопротивлению, которое -растворенное вещество оказывает на растворитель.
Попарное равенство перекрестных коэффициентов (соотно-.шение взаимности
Онзагера) значительно упрощает решение систем уравнений.
Сопряжение потоков означает, что потоки сами по себе -невозможные,
сопровождающиеся повышением свободной энергии, могут оказаться возможными
за счет других сил. Критерием возможности сопряжения потоков в системе
является положительное значение диссипативной функции
где Т - абсолютная температура; dS/dt - скорость продукции энтропии; V -
объем системы. Термодинамика показывает, что если система неравновесна,
но близка к равновесию, то ф может быть представлена суммой произведений
обобщенных потоков Фг и обобщенных сил X г, т. е. суммой мощностей (Ф1X
г) процессов:
где п - число обобщенных сил в системе.
Положительное значение диссипативной функции как критерий возможности
сопряжения потоков означает, что в любом преобразователе энергии входная
мощность должна превышать выходную. В большинстве биологических процессов
происходит преобразование химической энергии в осмотическую,
электрическую и механическую. Во всех этих процессах происходит
диссипация части химической энергии в тепло.
(1.25)
П
(1.26)
Термодинамика, линейных необратимых процессов, т. е. процессов, где
потоки и силы связаны линейно, объясняет особенности открытых систем -
сопряжение потоков и возникновение стационарных неравновесных состояний.
Важным вопросом теории стационарного состояния является вопрос о
критериях такого состояния. В термодинамике линейных необратимых
процессов доказывается, что стационарное состояние может быть
охарактеризовано следующим принципом, получившим название теоремы
Пригожина: в стационарном состоянии при фиксированных внешних параметрах
скорость продукции энтропии в системе постоянна по времени и минимальна
по величине.
Критерий эволюции системы в классической термодинамике состоит в том, что
энтропия для необратимых процессов в изолированной системе стремится к
максимальной величине (критерий Клаузиуса). В открытой системе
производство энтропии для необратимых процессов стремится к минимуму
(критерий П ригожина). Из теоремы Пригожина следует, что если система по
той или иной причине выведена из стационарного состояния, то она будет
изменяться до тех пор, пока удельная скорость продукции энтропии не
примет наименьшего значения, т. е. достигает минимума диссипативная
функция. Другими словами, эволюция открытой системы к стационарному
состоянию описывается неравенством:
0. (1.27)
Теорема Пригожина разрешила важнейший для термодинамики линейных
необратимых процессов вопрос о точной характеристике стационарного
состояния открытой системы, что резко расширило область применения этого
раздела термодинамики. "
1.11. ПУТИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ В ЖИВОЙ
КЛЕТКЕ
Молекулярные механизмы преобразования энергии в клетке изучает
биоэнергетика. Основные виды работы в живой клетке - электрическая и
осмотическая - выполняются при непосредственном участии биологических
мембран. После классических работ советского ученого
В. А. Энгельгардта, открывшего в 1930 г. окислительное
фосфорилирование, а в 1941 г. вместе с М. Н. Любимовой -
26
Рис. 4. Схема процессов при хемиосмотическом сопряжении окисления и
Предыдущая << 1 .. 3 4 5 6 7 8 < 9 > 10 11 12 13 14 15 .. 95 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

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

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed