Биологик системалар термодинамикаси - Биология - Презентации

Информация о документе

Цена	3000UZS
Размер	1.3MB
Покупки	0
Дата загрузки	23 Сентябрь 2019
Расширение	ppt
Раздел	Презентации
Предмет	Биология

Биологик системалар термодинамикаси

Купить

Биологик системалар термодинамикаси www.arxiv.uz

• Биологик жараёнларда термоди - намик қонунларини қўлланилишини кўриб чиқади. • Биологик ҳолатлардаги қайтмас жараёнларнинг таҳлили т ермодина - миканинг қўлланилиш н атижа - ларини муҳокама этади. www.arxiv.uz

Термодинамика нимани ў рганади? • Эркин энергиянинг миқдорий камайиши ёки кўпайишини; • Энергиянинг ўзгаришини, яъни энергия трансформациясини; • Биологик системалар ва жараёнлар ҳамда атроф-муҳит ўртаси - даги энергетик баланс ўзгаришини; • Тирик системаларда энергия алмашинувининг умумий қонуният - ларни; • Кимёвий жараёнлар асосида энергиянинг фойдали ишга айланти - рилиш ҳолатларини; • Хулоса қилиб айтганда, организмда моддалар алмашинуви энер - гиянинг бир турдан иккинчи турга ўтишини ўрганади. www.arxiv.uz

Термодинамикада система термини кўп қўлланилади. Система атрофдаги фазодан шартли равишда ажратиб қўйилган жисм ва жисмлар йиғиндисидир ва системанинг ташкил этувчи жисмлари орасидаги энергия алмашиши мумкин. Термодинамик системанинг ҳолати унинг физик ва кимёвий хоссаларига боғлиқдир ва ушбу хоссалар ўзгарган ҳолатда шароитда система ҳолати ҳам ўзгаради. С истем аларга мисол : биомакромолекула, митохон - дрия, ҳужайра , юрак , организм, биосфера, қуёш система си ва ҳ.з. Система билан атроф-муҳитнинг ўзаро боғлиқлиги характерига қараб қуйидаги типларга бўлинади. www.arxiv.uz

Ажратилган (изолирланган) система – ташқи муҳит билан ўзаро энергия ва модда алма - шинуви содир бўлмайди. Демак, уларда энергия ва масса ўзгармай қолади. Масалан , идеал Дьюар идишининг ичидаги суюқлик системаси бунга мисол бўлади. (Термос ичидаги суюқлик) www.arxiv.uz

Ёпиқ система – ташқи муҳит билан фақат энергия алмашиниб туради, лекин система чегарасида модда алмашинуви содир бўлмайди. Бундай системаларнинг массаси доимий бўлади, энергияси эса ўзгариб туради. Айрим чекинишларни инобатга олган ҳолда, бу системага Ерни мисол қилиб кўрсатсак бўлади, яъни Ер Қуёшдан доимо энергия олиб туради. ( оловни устида қайнаб турган идишдаги сув) www.arxiv.uz

Очиқ система – ташқи муҳит билан ҳам энергия ва ҳам модда алмашинуви содир бўлади. Натижада уларнинг массаси ва ички энергияси ўзгариб туради. Т ермодинамик а нуқтаи-назаридан тирик организмларга, ҳужайраларга, тўқималарга очиқ системалар деб қараш мумкин. www.arxiv.uz

Энергия- бу материянинг асосий ҳаракат шакли ҳисобланади ва системанинг иш бажариш қобилиятини ўзида акс эттиради. Шартли равишда энергияни интенсив факторни экстенсив факторга кўпайтириш орқали ифодалаш мумкин. Масалан, pv (p- босим, v- ҳажм ) , TS (T- ҳа- рорат , t+273 º C) S-’ энтропия ), M-m (M- кимёвий потенциал , m- масса ) ва ҳ.з . www.arxiv.uz

Хар кандай системанинг ҳ олати унинг параметрлари йи ғ индиси билан белгиланади ва параметрлардан бирортасининг ў згариши, система ҳ олатининг ў згаришига сабаб булади. Системани ташкил этган заррачалар массаси ва ми қ дорига бо ғ лик б ў лган параметрлар- экстенсив параметрлар деб аталади. Уларга масса, хажм, иссиклик сигими, кулонларда ифодаланган заряд микдори , бирикманинг моль микдори мисол булади. Системани ташкил этган заррачалар массаси ва ми қ дорига бо ғ лик б ў лмаган параметрлар- интенсив параметрлар деб аталиб, уларга тезлик, энтропия ў згариш тезлиги, кимёвий потенциал, кучланиш, босим, ҳ арорат мисол б ў лади. Адабиётларда параметрлар функциялар деб хам аталади.Термодинамик параметрлар www.arxiv.uz

Жараён нима? Система параметрлар и ўзгаришига жараён деб аталади. Термодинамик системада амалга ошувчи жараёнлар қуйидагилардан иборат: • Адиабатик жараён- бу жараён ажратилган системаларда амалга ошади. Система бундай жараёнда фақат ўзининг ички энергияси ҳисобига иш бажаради. • Изотермик жараён- бу жараён ўзгармас ҳароратда, яъни термо- динамик система Т =const ҳолат юзага келганда амалга ошади. • Изохорик жараён- бу кўринишдаги жараён термодинамик система ҳажм v=const ҳолат юзага келганда амалга ошади. • Изобарик жараён- бундай жараёнлар ўзгармас босимда p=const ҳолат юзага келганда амалга ошади. www.arxiv.uz

Термодинамик функциялар нима? Термодинамик системанинг параметрлари орқали тавсифланадиган хоссалар термодинамик функциялар деб аталади. Асосий термодинамик функциялар сони бешта бўлиб, улар қуйидагилардан иборат: • Ички энергия - ( dU=dQ-dA ) , • Энтальпия – ( dH= dU +pdv ) , • Энтропия – ( dS > dQ/T ) , • Гибсс энергияси – ( G=U+pv-TS ) , • Гельмгольц энергияси - ( F= U-TS ) . www.arxiv.uz

Термодинамиканинг биринчи қонуни Термодинамиканинг биринчи қонуни умумий ҳолатда энергия сақланиши, иссиқлик айланиши жараёнларини тушунтиради. Бу қонуни энергия сақланиши ва бир турдан иккинчи турга айланиши тўғрисидаги қонундир , яъни энергия йўқдан бор бўлмайди ва йўқолиб кетмайди, у фақат бир турдан иккинчи турга айланиши мумкин. Системанинг ички энергияси деб, қараб чиқилаётган системадаги энергиянинг ҳамма турлари йиғиндисига айтилади ва у моддаларнинг массаси, табиати ва ташқи шароитларга боғлиқ бўлади. www.arxiv.uz

Термодинамиканинг биринчи қонунига асосан системада ташқи муҳитдан ютилган иссиқлик ( d Q ) , система ички энергиясини ( dU ) ўзгартиришга ва система бажарадиган умумий ишга ( d A ) сарфланади ва қуйидагича ифодаланади: Q = dU +  A,  A = pdV +  Amax . www.arxiv.uz

Умумий кўринишда  A -термодинамик системада ташқи босим - pdV га қарши иш бажариб, кимёвий ўзгаришларни келтириб чиқаруви максимал фойдали иш  A max иборат ва бу қуйидагича ифодаланади:  A = pdV +  Amax  Q = dU + pdV +  A max www.arxiv.uz

Бунда системадаги иссиқлик миқдорига мос, ҳолат функцияси энтальпия ни киритамиз ва бундан термокимёвий Гесс қонуни келиб чиқади: dH = dU + pdV Бу тенгламага мувофиқ кимёвий реакциянинг иссиқлик эффекти -  Q охирги ва дастлабки ҳолатлар энтальпиялари ўртасидаги фарқ билан ифодаланади. “ Энтальпия ” юнонча сўздан олинган бўлиб, “ қиздираман ” деган маънони англатади. www.arxiv.uz

Гесс қонуни • 1840 й. Г.И.Гесс томонидан кашф қилинган қонун ёрдамида термодинамик системаларда мураккаб биокимёвий жараёнларнинг бошланғич ва охирги ҳосил бўлган маҳсулотлар энергияси аниқ бўлган шароитда ажралиб чиққан иссиқ-лик миқдорини ҳисоблаш имконини беради. • Гесс қонуни озиқ-овқат маҳсулотлари - нинг қувватини (калориясини) аниқлашда қўлланилади. www.arxiv.uz

• Оддий моддалардан бир моль бирикма ҳосил бўлганда ажралиб чиқадиган ёки ютиладиган иссиқлик миқдори шу бирикманинг ҳосил бўлиш иссиқлиги деб аталади. • Бир моль тўлиқ ёнганда ажралиб чиқадиган иссиқлик миқдори эса, модданинг ёниш иссиқлиги деб аталади. • Реакциянинг иссиқлик эффекти жараённинг қандай усулда олиб борилишига боғлиқ эмас, балки реакцияда иштирок этаётган дастлабки ва охирги ҳолатига боғлиқ. Кимёвий реакциянинг иссиқлик эффектини ҳисоблаш учун реакция маҳсулотларининг ҳосил бўлиш иссиқликлари йиғиндисидан, реакция учун олинган дастлабки модданинг ҳосил бўлиш иссиқликлари йиғиндисини айириб ташлаш керак: www.arxiv.uz

dH= Σ dH маҳс. – Σ dH дастл.модда dH - реакциянинг иссиқлик эффекти; Σ dH– реакция маҳсулотларининг ҳосил бўлиш иссиқликлари йиғиндиси. Σ dH -дастлабки моддаларнинг ҳосил бўлиш иссиқликлари йиғиндиси. Одам организми устида ўтказилган тажри - баларда ҳам ТД 1-қонуни тасдиқланган. Мас-н, сутка давомида қабул қилинган озиқ моддалар таркибида мавжуд энергия миқдори ва бу вақт давомида организмдан ажралган иссиқлик энергияси ўртасидаги термодинамик мослик мавжудлиги қайд этилган. www.arxiv.uz

Термодинамиканинг иккинчи қонуни Бу қонун табиий жараёнлар қайси йўналишда ўз-ўзидан содир бўлишини аниқлайди. Бу қонунга асосан, иссиқлик совуқ жисмдан иссиқ жисмга компен - сациясиз ўз-ўзидан ўта олмайди деган хулоса келиб чиқади.ТД 2-қонуни асосида термодинамик система ҳолатини ифодалаш учун ҳолат функцияси- энтропия ( S ) тушунчаси киритилган. Энтропиянинг қайтар жараёнларда ўзгариши қуйидаги тенглама асосида ҳисобланади: dS=S 2 -S 1 =Q/T Бу ерда: Q -ҳарорат (Т) қийматида ютил га н ёки ажралиб чиққан иссиқлик миқдори. www.arxiv.uz

Энтропия ўзгаришлари система томонидан ютилган умумий иссиқлик қиймати Q/T га боғлиқ. Системада кечувчи жараёнларнинг қайтар ва қайтмас кўринишда кечишига боғлиқ ҳолатда қуйидаги тенглик келтирилади: dS > Q/T Изолирланган системаларда мувозанатланган жараёнларда бу қиймат ўзгармас ва мувозанат - сиз жараёнларда эса ўсувчи қўринишда акс этади. Демак, энтропия модда ёки системада юз бериши мумкин бўлган ва узлуксиз ўзгариб турадиган ҳолатларни характерловчи жуда муҳим функция ҳисобланади. www.arxiv.uz

“ Энт ропия ” юнонча сўздан олинган бўлиб, “ ўзгариш ” деган маънони англатади ( S ). Бу термин Рудольф Клаузиус томонидан 1865 йилда фанга киритилган. Л.Болцман назариясига мувофиқ микроҳолатлар сони билан энтропия орасида қуйидагича боғланиш мавжуд: S=R/NlnW ёки S=k Б lnW Бу ерда: N -Авогардро сони, R -универсал газ доимийси, k -Больцман доимийси- ( k -1,3806 ۰ 10-23 Ж /K). W -микроҳолатлар сони ёки термодинамик э ҳ тимоллик д-ди. www.arxiv.uz

Модда ёки система тартибли ҳолатдан тартибсиз ҳолатга ўтганда энтропияси ортади ва бу ҳолат қуйидагича ифодаланади: dS = R ln W (2-ҳолатдаги тартибсизлик /1-ҳолатдаги тартибсизлик) Энтропия нинг ўзгариши модда ва системанинг тартибсизлик даражасига пропорционал ҳисобланади. Максимал фойдали иш ўзгаришлари d Амах эркин энергиянинг термодинамик ўзгаришлари билан боғлиқ бўлади. www.arxiv.uz

F=U-TS Бу тенглама Гельмгольц эркин энергиясини ифодалайди. Тўлиқ термодинамик потенциал эса G билан белгиланиб, қуйидагича ифодаланади: G=U+pV-TS Бу тенглама Гибсс эркин энергиясини ифодалайди. www.arxiv.uz

Юқорида келтирилган қи й матлар термодинамиканинг 1-2-қонун- лари асосида T,V,p -параметрларнинг ўзгаришларига боғлиқ кўринишда ифодаланади. Муҳит ҳарорати ва ҳажми ўзгармас ҳолатда ( T,V=const) макси- мал иш қуйидаги тенглама билан ифодаланади:  Amax < - d(U-TS)=TdS-dU=-(dF)T,V кўринишдаги тенглама билан, Муҳит ҳарорат и ва босим ўзгармас ҳолатда ( T, р =const) максимал иш қуйидаги тенглама билан ифодаланади:  Amax < - d(U+pv-TS)=dS-dU-pdv=-(dG)T,P Бунда “ <“ белги жараён қайтмаслигини билдиради. F ва G функ- циялар қиймати асосида системада ўз-ўзидан борувчи жара- ёнларда мувозанат қарор топишини баҳолаш мумкин. Фойдали иш бўлмаган шароитда: (dF)T,V < 0, (dG)T,P < 0 қийматга эга бўлади . www.arxiv.uz

Барқарор мувозанат қарор топган системалар эса, (dF)T,V = 0 ; (dF)T,V > 0 (dG)T,P = 0 (dG)T,P > 0 қийматга эга бўлади. Биокимёвий жараёнларда, асосан, ҳажм- V ва босим- P ўзгаришлари ҳисобга олинмаса ҳам бўладиган қийматга эга бўлади ва бундай ҳолатда: dF=-SdT-pdv ёки dG=-Sdt+vdp=dF+pdv+vdp ифодаланади. 0www.arxiv.uz

Стационар ҳ олат нима? Термодинамик система параметрлари ( V,P,T ва бошқалар ) муҳит билан ўзаро таъсирлашишида вақт давомида ўзгармаса, система ҳолати стационар ҳолат дейилади. Термодинамик нуқтаи-назаридан тирик хужайра очиқ системадир ва унинг нормал фаолияти системадаги стационар ҳолат барқарорлик мувозанат кўрсаткичига боғлиқдир . www.arxiv.uz

И.Р. Пригожин теоремаси ташқи параметрларнинг ўзгармаслик ҳолида, стационар ҳолатда энтропия ҳосил қилиш тезлиги минимал катталикка интилади . (яъни энтропия хосил килиш тезлиги доимий булиб, унинг катталиги минималдир) www.arxiv.uz

Ушбу теоремага асосан, стационар ҳолатда энтропия ўсиш тезлиги, яъни энтропиянинг вақтга нисбатан олинган функцияси (dS i /dt) қайтмас жараёнлар боришига боғлиқ. Бунда энергетик мувозанат йиғиндиси икки қарама-қарши оқим: мусбат энтропия (хужайрадан ташқи муҳитга йўналган) ва манфий энтропия (ташқи муҳитдан хужайрага йўналган) қиймати билан тавсифланади. www.arxiv.uz

Системанинг барқарор ҳолатда бўлиши, яъни хужайра нормал ишлаши учун ушбу икки оқим ўртасида мувозанат таъминла - ниши лозим. Ўз-ўзини бошқарувчи жараён - ларнинг бузилиши юқоридаги мувозанат ҳолатини издан чиқаради,натижада система ҳалокатга учрайди. Термодинамик системанинг қўзғалган ҳолатдан барқарор ҳолатга ўта олиш характери стационар ҳолат барқарорлиги критерийси ҳисобланади. www.arxiv.uz

• Биологик системаларда бир неча барқарор стационар ҳолатлар бир в ақтнинг ўзида мавжуд бўлади. Системада стационар ҳолатларга ўтишда кесишиш нуқтаси бифуркация нуқтаси деб аталади . • Бир неча барқарор стационар ҳолатга эга ва улар ўртасида беқарор нуқта орқали ўтиш имконияти мавжуд бўлган системага триггер система деб номланади . www.arxiv.uz

Триггер системалар кимёвий реакция - ларда реагент концентрацияси оширил - ганда системадаги триггер ўтиш ҳолатини куч ёки махсус ўтиш усули деб аталади. Триггер ўтишлар системадаги барқарор стационар ҳолатлар ва улар ўрта - сидаги ўтишлар имкони бўлган биологик жараёнларнинг моделларини тузишда қулайлик яратади. www.arxiv.uz

Онгазер ало қадорлиги Биологик системаларда энергиянинг бир турдан иккинчи бир турга ўтиши содир бўлиб туради. Мас-н, кимёвий энергия нерв толасида электр энергиясига, мускулларда эса механикавий энергияга, биолюминесценцияда (ялтироқ қўн- ғизларда) ёруғлик энергиясига , хлоропласт- ларда макроэрг боғ энергиясига, кўз тўрпарда- сида эса электр энергияга айланади. www.arxiv.uz

Ҳар қандай жараённи умумлашган куч Х билан умумлашган оқим J кўпайтмаси тарзида ифодалаш мумин. Шу асосда, жараён энтропиясининг ўзгариши мазкур характерлар кўпайтмасига J Х қувват кўринишида ифодаланади. Агарда мувозанат яқинлиги системада ҳаракатлантирувчи куч ва у сабабли юзага келадиган оқим кучсиз бўлса, улараро боғлиқлик пропорционал бўлади, яъни J= L X • L- пропорционаллик коэффициенти , Х - умумлаш- ган куч , J- умумлашган оқим www.arxiv.uz

Фараз қилайлик, бир системада бир вақтнинг ўзида икки оқим, иссиқлик оқими- J 1 ва модданинг диффузион оқими J 2 -ҳамда умумлашган кучлар, ҳароратлар фарқи- Х 1 ва концентрациялар фарқи – Х 2 мавжуд бўлсин. Онгазер алоқадорлигига биноан, мувозанатга яқин очиқ системада, ҳар бир оқим фақат ўз ҳаракатлантирувчи кучигина эмас, бошқа оқимни ҳаракат- лантирувчи кучига ҳам боғлиқ бўлиб, бундай алоқадорлик диа- гонал коэффициентлар тенглиги билан характерланади ва бу оқимлар бир-бирини қўллаб туради : J 1 = L 11 X 1 + L 12 X 2 J 2 = L 21 X 1 + L 22 X 2 www.arxiv.uz

Бу ерда J 1 ва J 2 – биринчи ва иккинчи о қ им , Х 1 ва Х 2 уларга мувофиқ харакатга келтирувчи кучлар, L 11 , L 12 , L 21 , L 22 > 0 кичик бўлиб, мутаносиблик коэффициент - ларидир. Мазкур тенгламалар Онгазер тенгламалар номи билан юритилиб, уларга биноан, оқимлар ўрт а сидаги боғлиқлик диагонал коэффициентлар тенглиги L 12 = L 22 шарти, Онгазер алоқадорлиги орқали ифодаланади . www.arxiv.uz

ХУЛОСА: - Демак, ТД 2-қонунига асосан: изолирлан- ган системада энергия ўз-ўзидан фақатгина юқори даражадан паст даражага ўта олади, тескари бўлиши мумкин эмас, деб хулоса қилсак бўлади. - ТД функциялардан- энтропия кўриб чиқил- ди, биосистемаларда унинг функцияси ва муҳим аҳамиятга эканлиги аниқланди. www.arxiv.uz

И это все На сегодня www.arxiv.uz

Купить

Похожие документы
Fermentlar va kofermentlar funksiyasi
Viroidlar va uning ahamiyati
Faxriy yorliq
Faxriy yorliq
Bojxona qo'mitasiga ishga kirish uchun savol javoblar toplami