Біофізика і біомеханіка - В. С. Антонюк - 2012

Розділ 2. ТЕРМОДИНАМІКА БІОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ ТА СИСТЕМ

Термодинаміка - розділ фізики, в якому вивчають енергію, її передавання з одного місця в інше і перетворення однієї форми в іншу. Термодинаміка основана на найбільш загальних принципах, які є універсальними і ґрунтуються на дослідних даних багатьох наук.

Однією з основних специфічних властивостей живих істот є їх здатність перетворювати і зберігати енергію в різних формах. Усі біологічні об’єкти для підтримання життя потребують надходження енергії. Усі біологічні процеси пов’язані з передаванням енергії. Рослини здатні отримувати сонячну енергію та нагромаджувати її в процесі фотосинтезу у формі енергії хімічних зв’язків органічних речовин. Тварини використовують енергію хімічних зв’язків органічних речовин, які вони отримують з їжею. Процеси перетворення енергії в рослинах і тваринах відбуваються за умови дотримання обмежень термодинамічних принципів. Основні принципи термодинаміки універсальні для живої і неживої природи [34].

У термодинаміці використовується поняття системи. Будь-яку сукупність об’єктів, які вивчаються, можна назвати термодинамічною системою. Як приклади систем можна навести біологічну клітину, серце, організм, біосферу тощо.

Є три види термодинамічних систем залежно від їх взаємодії з навколишнім середовищем: ізольовані, закриті та відкриті.

Ізольовані системи не обмінюються із зовнішнім середовищем ні енергією, ні речовиною. Таких систем в реальних умовах не буває, але поняття ізольованої системи використовують для розуміння головних термодинамічних принципів.

Закриті системи обмінюються із зовнішнім середовищем енергією, але не речовиною. Прикладом такої системи може бути закритий термос з налитим в нього окропом.

Відкриті системи обмінюються із зовнішнім середовищем як енергією, так і речовиною. Всі живі істоти належать до відкритих термодинамічних систем.

Класична термодинаміка не розглядає поведінку окремих атомів та молекул, а прагне описати стан термодинамічних систем за допомогою макроскопічних змінних величин, які називаються параметрами стану. Такими параметрами є температура, об’єм, тиск, хімічний склад, концентрація та інші, тобто такі фізичні величини, за допомогою яких можна описати стан конкретної термодинамічної системи.