Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Феноменологиялық теңдеу. Онзагер – Пригожиннің бейімдеушілік принципі. Ле –Шаталье принципі






Тірі организмдегі өтіп жатқан процестер уақыт функциясы болып табылады. Қайтымсыз процестегі термодинамикалық аппаратты қазіргі кезде барлық биологиялық құбылыстарды сипаттау үшін қолдануға болмайды.

Тірі және өлі системадағы әртүрлі құбылыстарды сипаттау үшін қайтымсыз процестің термодинамикасын пайдалану белгілі бір облыспен ғана шектеледі. Олар феноменологиялық теңдеулермен сипатталады. Яғни процестер термодинамикалық тепе-теңдік маңында, өткенде ғана, әртүрлі процестерді шақыратын күш – сол процестің өту жылдамдығына сызықты байланыста болады.Яғни процесті бұзатын күш сол процестің өту жылдамдығымен тура пропорционал.

Ji= Lin Xk (1)

Ji – процестің өту жылдамдығы

Lin – пропорцияналдық коэффициент

Xk – қорытқы күш

Сызықты теңдеулер биологияда фундаментальды (іргелі) мәндері бар процесстерді сипаттайды.

Диффузия процесі немесе биологиялық менбрана арқылы заттардың тасымалдану процесі Фика теңдеуімен сипатталады, яғни бірлік уақыттағы тасымалданатын заттың мөлшері және тасымалдану жылдамдығы концентрация градиентіне пропорционал болады.

немесе (2)

dм - тасымалданатын зат массасы. D – диффузия коэффициенті

концентрация градиенті. S аудан; - заттың диффузия жылдамдығы немесе диффузия градиенті.

Осы тектес теңдеулерге, электр тогы өтетін прцестерді сипаттайтын теңдеулер, жатады. (Ом заңы)

J=U/R (3)

Осындай теңдеулермен мономолекулярлық биохимиялық реакцияларда сипатталады.

Қайтымсыз процестердің термодинамикалық аппараты қазіргі кезде биологиялық мембрана арқылы судың, электролит пен электролит емес заттардың өтуін сипаттайды. Күрделі ашық системада, яғни тірі организмде бір-бірімен байланыстағы көптеген биологиялық процесстер өтуі мүмкін. Тірі емес табиғатта мұндай құбылыстар белгілі және олар көптен бері зерттелуде. Мысалы: Тік бұрышты стерженде температуралық градиенттің пайда болуы және жылырақ қызған қабырғадан жылудың диффузия арқылы суығырақ қабырғаға берілуі, ерітілген заттың тасымалданып бөлінуіне – термодиффузияға, яғни концентрациялық градиентке әкеліп соғады (эффект- Соре). Концентрация айырмасының тұрақты болуы берілген заттың екі шетіндегі температура айырымына байланысты (эффект Дюфура) Екі өткізгіштік сымның температуралары әр түрлі болған кезде оларды түйістірсек Э.Қ.К. пайда болады және керісінше екі түйістірілген өткізгіштерде, түйіскен кезде жылу бөлініп немесе жылу жұтылады (Пельтье жылуы).

Сонымен Соре эффектісі термодифузиялық концентрация градиенті бар кезде қана өтеді. Тұрақты түрдегі концентрация айырымын ұстап тұру үшін Дюфур эффектісі қолданылады. Яғни үлгі үшін алынған дененің 2-шеткі ұшындағы температура айырымын ұстап тұруымыз керек.

Биологиялық процестер үшін Соре, Дюфур эффектісі яғни қайтымсыз процестің әсерлеуі өте маңызды роль атқарады. Олар мембрана арқылы судың диффузиясымен, электропотенциалдық қосылуы нәтижесінде пайда болады.

Бұл жағдайда электроосмостық эффект пен оған байланысты құбылыс аномальдық осмос пайда болады.

Биологиялық ашық системадағы екі ағынның әсерлесуі екі феноменологиялық теңдеулер системасымен сипатталады.

J1 = L11 X1 + L12 X2

J1 = L21 X1 + L22 X2 (4)

Мұндағы бірдей номерлі коэффициенттер (L11 L22) кез-келген белгілі бір таза процесті сипаттайды. Олар жылу өткізгіштік, электр өткізгіштік, диффузия коэффициенті бола алады. Ал әртүлі номерлі коэффициенттер (L12 L21) – феноменологиялық коэффициенттер деп аталады. Бұл феноменологиялық коэффициенттер қайтымсыз процестің өзара әрекеттесуін сипаттайды. Оларға термодиффузия, электроосмос, термоэлектрлік т.б. коэффициенттер жатады.

1931ж. Онзагер сызықты фенолменогиялық теңдеудің әсер ету облыстарында процестің өзара әсерлерін сипаттайтын коэффициенттердің бір-біріне тең болатындығын дәлелдейді.

(Lік = Lкі ) і,к = 1, ....n

Бұл теңдеу Онзагердің бейімделушілік қатынасы деп аталады. Бұл қатынас бойынша егер ағын і - қайтымсыз процеске сәйкес келетін К - процестің Хк – күшінің ықпалында болатын болса, онда процестің К - ағыны, сол сияқты Хі – күшінің ықпалында Lік коэффициентінің арқасында болады.

Бұл принциптің бүкіл қайтымсыз термодинамикалық процестер үшін маңызы өте зор. Осы принциптің негізінде Пригожин стационарлық күйдің негізгі қасиетін тұжырымдап дәлелдеген.

Пригожиннің принципі бойынша стационарлық күйдегі энтропияның өсу жылдамдығы қайтымсыз процестің өту жолындағы оң және (теріс) минимум мәндеріне ие бола алады.

Температуралары әр түрлі екі фазадан тұратын тұйық системадағы энтропияның өзгеруі осы 2- фазаның арасындағы жылу мен зат алмасу процесін туғызады. Бұл кезде энтропияның өзгеру жылдамдығы мына теңдеумен сипатталады.

T = JT XT+ JM XT > 0 (5)

Мұнда коэффициенттер JT, JM – зат алмасу мен жылу алмасу ағындары. ХT , ХM – температура мен концентрация градиенті.

Сонда феноменологиялық теңдеуді мына түрде жаза аламыз.

LT = L11 XT + L12 XM

LM = L12 XT + L22 XM (6)

Осы теңдеудегі LТ мен JM - мәндерін 5-ші теңдеуге қойып Онзагер бейімделушілік қатынасын пайдалансақ L21 = L12

(7)

Осы теңдеуден XT – тұрақты кезеңде Т = const XM - нен туынды алсақ

(8)

Екі жағдайға J=0 және толық эквиваленті, егер күштер сызықты қатынаста болса, қайтымсыз реакциялар үшін, әр қашанда оң, онда 8-ші теңдеумен анықталатын экстремум жағдай минимумға мән қабылдайды.

Сонымен стационарлық тепе-тең емес системада энтропияның пайда болу жылдамдығы мен бос еркін энергияның шашырау жылдамдығы ең минимал оң мәнге ие болады.

Егер система осы стационарлық күйден ауытқыса онда ішкі өзгерістер байқалады да, ол өзгерістер системаны қайтадан стационарлық күйге жақындатуға тырысады. Бұл жағдай стационарлық күйдің аутостабилизациялық күй деп аталады.

Процестің аутостабилизациялық күйі Ле-Шаталье принципімен анықталады термодинамикалық тепе-тендік күй үшін бұл принцип былай аталады.

Егер система тепе-тендік жағдайда болса, онда оған осы тепе-тендік жағдайды бұзатын күш әсер еткенде система сыртан әсер ету эффектісі әлсірейтін күйге көшеді.

Мысалы: температура өссе химиялық (стационар) тұрақты тепе-тендік күйдегі реакция жылу жұту жағына қарай, ал қысым өскен сайын реакция көлем кішіреюі жағына қарай ығысады.

Екі жағдайдада соңғы температура мен қысымның өсуі күткен жағдайдан кіші болады.

 







Дата добавления: 2015-10-12; просмотров: 2437. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил...

Теория усилителей. Схема Основная масса современных аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств выполняется на специализированных микросхемах...

Алгоритм выполнения манипуляции Приемы наружного акушерского исследования. Приемы Леопольда – Левицкого. Цель...

ИГРЫ НА ТАКТИЛЬНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ Методические рекомендации по проведению игр на тактильное взаимодействие...

Реформы П.А.Столыпина Сегодня уже никто не сомневается в том, что экономическая политика П...

ТЕРМОДИНАМИКА БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ. 1. Особенности термодинамического метода изучения биологических систем. Основные понятия термодинамики. Термодинамикой называется раздел физики...

Травматическая окклюзия и ее клинические признаки При пародонтите и парадонтозе резистентность тканей пародонта падает...

Подкожное введение сывороток по методу Безредки. С целью предупреждения развития анафилактического шока и других аллергических реак­ций при введении иммунных сывороток используют метод Безредки для определения реакции больного на введение сыворотки...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2023 год . (0.004 сек.) русская версия | украинская версия