Термодинамика бастамалары

Термодинамика – энергиялардың бір-біріне айналу заңы туралы ғылым. Сонымен қатар денелердің әр түрлі қасиеттерін және зат күйінің өзгерістерін зерттеумен шұғылданады. Термодинамика - табиғат құбылыстарының микроскопиялық қасиеттерін ескермей – макроскопиялық қасиеттерін зерттейді. Құбылыстарды ол тәжірибелерден қорытылып шығарылған бірнеше заңдарға (бастамаларға) сүйене отырып­ қарастырады.

Термодинамика негіздерінде оның 2-бастамасы жатады.

1. – Бастама энергияның бір түрден басқа түрлеріне айналғанында басталатын сандық қатынастарды тағайындайды.

2. – Бастама осы энергия айналымдары қай жағдайда жүзеге асатынын, яғни процесстердің қай бағытта өту мүмкін екендігін анықтайды.

Тірі организмнің өмір сүру кезеңіндегі барлық процесстер «Тірі организм - қоршаған орта» - системасындағы өтетін энергетикалық байланыстардың өзгеруімен тығыз байланысты, сонымен термодинамика әдістері биологияда кеңінен қолданылады.

Термодинамикалық әдістер - өзінің негізінде статистикалық әдіс болып табылады. Мысалы: бір ғана молекуланың температурасы мен қысымы туралы айтуға болмайды, себебі термодинамикалық параметрлер макросистеманы құрайтын өте көп мөлшердегі молекулалардың өзара әсерін сипаттайды.

Термодинамика кейбір құбылыстардың табиғаты мен механизмі қандай деген сұраққа жауап бермей, берілген процесстердің қандай бағытта өтетін мүмкіндігін және энергетикалық тұрғыдан нақты екендігін көрсете алады. Бұл биология үшін өте қажетті.

Қазіргі таңда термодинамиканы биология саласында қолдану негізінен 2 - бағытта жүзеге асуда.

1. Тірі организм мен жеке система органдары тыныштық күйде жұмыс істеу кезіндегі энергетикалық айналымды есептеу және биологиялық процесстердің п.ә.к мен биохимиялық құрылымдардың байланыс энергиясын анықтау.

2. Тірі организмді ашық термодинамикалық система деп қарастыру арқылы заттардың клеткалық мембрана арқылы активті және пассивті тасымалдауы мен биоэлектірлік потенциалдың пайда болуын зерттеу.

Термодинамика 3 – түрлі жүйені қарастырады.

1. Изоляцияланған 2. Тұйықталған 3. Ашық

1. Изоляцияланған жүйе деп сыртқы қоршаған ортамен зат немесе энергия алмасу болмайтын жүйені айтамыз.

2. Тұйықталған жүйе деп – қоршаған ортамен энергия алмасуы болатын бірақ зат алмасуы болмайтын жүйені айтамыз.

3. Ашық система деп - қоршаған ортамен зат және энергия алмасу болатын жүйені айтамыз.

Термодинамикалық көзқарастан тірі организм ашық системаға жатады, яғни қоршаған ортамен зат және энергия алмасуы арқылы өзара байланысқан ашық система түрінде сипатталады.

Өсімдіктер сыртқы ортадан үнемі әр түрлі заттар мен энергияны қабылдайды және оған мұндай заттар мен энергияны өзі де бөліп шығарады. Тірі ағзалардың құрамына кіретін алуан түрлі химиялық заттар онда үздіксіз өзгеріп, жаңа қосылыстарға айналады, әр түрлі реакцияның көптеген түріне қатысып, зат айналымын жүзеге асырады.

Өсімдіктерде заттардың химиялық өзгеруімен қоса олардың энергетикалық жағдайлары да үнемі және қатарласа өзгеріп отырады. Бұлардағы өтетін биохимиялық реакциялар термодинамиканың заңдары мен принциптеріне бағынады.

Термодинамикалық функциялар. Системаның физикалық және химиялық қасиеттерінің жиынтығы оның күйін анықтайды, олар термодинамикалық функциялар арқылы сипатталады. Оларға T, P, V, W, S т.б жатады. Системаның күйін сипаттайтын осындай шамалар күй параметрлері деп аталады.

1. Системаны сипаттайтын термодинамикалық функция онда микробөлшектердің массасы мен санына тәуелді болса оны экстенсивті немесе сиымдылық факторы деп атайды. Оған (V, W, S) жатады.

2. Егер Термодинамикалық параметрлер системадағы микробөлшектердің саны мен массасына тәуелді болмаса онда оларды Интенсивті параметрлер немесе потенциалды факторлар деп атайды. Оларға (Р, Т ds/dt) жатады.

Энергия – жүйенің жұмыс істей алу қабілетін білдіреді.

Қарапайым түрде энергияны Интенсивті және экстенсивті факторлардың көбейтіндісі немесе потенциалды факторлары мен сиымдылық факторларының көбейтіндісі ретінде қарастыруға болады.

Мысалы: Механикалық энергия PV – көбейтіндісімен сипатталады.

Жылулық энергия – TS, химиялық μ · m (μ – химиялық потенциал, m - масса)

Электрлік – JU (J – ток күші, U - кернеу).

Термодинамикалық тепе – теңдік күйі деп – системаның жұмыс істей алу қабілеті нөлге тең күйді айтады, бұл күйден сырттан қосымша энергия беру арқылы шығуға болады. Сонымен системаның тепе – тең күйі деп системаның барлық параметрлері, сыртқы жағдайлар өзгермей қалған кезде тұрақты болып қалатын белгілі мәндерін сақтайтын күйін айтамыз.

Кез келген процесс, яғни системаның бір күйден - екінші күйге өтуі, системаның тепе – тең күйден шығуымен байланысты болады.

Тепе – тең күйлердің үздіксіз тізбегінен құрылған процесс тепе – тең процесс деп аталады. Тепе – тең күй және тепе – тең процесс ұғымы термодинамикада үлкен роль атқарады.