Шпаргалка: Ответы по курсу физики
Изобарный процесс: p=const, Q= Cpm·(m/M)·ΔT, ΔU=Cvm·(m/M)·ΔT, А=p·ΔV, Q= ΔU+A.
№ 8
Применение первого начала термодинамики к изотермическому и адиабатному
процессу. Закон Пуассона
Изотермический процесс: T=const, ΔU=0, A=Q=m/M·RT·ln(V2/V1)= m/M·RT·ln(p1/p2).
Адиабатный процесс – процесс, при котором отсутствует
теплообмен между системой и окружающей средой: Q=const, A= -ΔU= Cvm·(m/M)·ΔT.
Ур-ние Пуассона: pV =const, γ- коэффициент Пуассона, γ= Cp/Cv=(i+2)/i.
№ 9
Теплопродукция организмов. Удельная теплопродукция
Живой организм выделяет
теплоту в окружающую среду за счёт энергии, полученной от продуктов питания или
от фотосинтеза, а также выполняет различные виды работы: 1) химическая работа –
синтез высокомолекулярных вещ-в (белки) из низкомолекулярных (жиры, углеводы).
2) механическая работа – выполняется мышцами при их сокращении и затрачивается
на перемещение всего тела или его отдельных органов против внешних механических
сил. 3) электрическая работа – генерирование биопотенциалов, при возбуждении в
нервных клетках. 4) осмотическая работа – транспорт вещ-в через клеточную
мембрану против направления градиента концентрации этих вещ-в. 5) работа по
оптическому высвечиванию – свечение организмов, некоторые из которых могут
светиться довольно значительно (светляки). Энергия, образующаяся при окислении
продуктов питания, выделяется в виде теплоты и делится на первичную (выделяется
сразу после окисления) и вторичную (в результате мышечной деятельности).
№ 10
Терморегуляция в живом организме. Особенности живого организма как
термодинамической системы. Тепловой баланс организма. Первое начало термодинамики
для живого организма
Существует 4 механизма,
определяющих тепловое равновесие в организме. Это явления теплопроводности,
конвекции, теплового излучения и испарения. Теплопроводность – процесс
распространения теплоты от более нагретых частей системы к менее нагретым, не
сопровождающийся переносом массы вещества или излучением энергии в виде
электромагнитных волн. Передача теплоты путём теплопроводности описывают законом
Фурье: кол-во теплоты ΔQ,
переносимое через поверхность S,
перпендикулярно направлению оси OX,
вдоль которого убывает температура, пропорционально площади этой поверхности,
времени переноса Δt и
градиенту температуры ΔT/Δx: ΔQ= - ЛS· (ΔT/Δx)· Δt. «-» значит, что при теплопроводности энергия переносится в направлении
убывания температуры. Интенсивность теплового потока кол-ва теплоты,
переносимая в единицу времени через единицу площади поверхности,
перпендикулярна к этой поверхности. Jt = -Л· (ΔT/Δx), ΔT/Δx- градиент температуры, Л-
коэффициент теплопроводности. Конвекция – передача теплоты в жидких и
газообразных телах путём перемешивания нагретых и холодных слоёв, связанная с
перемешиванием массы вещ-ва. Она происходит только в направлении уменьшения температуры.
Интенсивность теплового потока, передаваемого от нагретой поверхности к
окружающей среде, при установившемся процессе пропорциональна разности между
температурой поверхности и средней температурой среды: Jk=α·(Tn – Tc), α- коэффициент теплопередачи.
Тепловое излучение – атомы и молекулы любого тела излучают
электромагнитные волны, уносящие с собой часть внутренней энергии тела.
Интенсивность излучения повышается при увеличении внутренней энергии и
температуры тела. Jиз = έσ(
Тк²² - Тв²² ), где Тк- температура кожи, Тв- температура
воздуха, έ- поправочный коэффициент, σ- постоянная Стефона= 5,6·10-²²²².
Испарение - количество теплоты, выделяемой организмом. Потери тепла,
связанные с испарением, зависят: от активности физиологических процессов, от
температуры, от её влажности. Особенности живого организма как
термодинамической системы: поддержание постоянной температуры тела у высших
животных связано с наличием у них центра терморегуляции. Температурными
датчиками системы терморегуляции служат рецепторы, находящиеся в коже и
слизистых оболочках. В рецепторах возникает раздражение, вызываемое повышением
или понижением температуры, которое сигнализирует в ЦНС о направлении и
интенсивности теплового потока. Кожа принимает основное участие в теплообмене.
Под действием тепла усиливается потоотделение, которое способствует повышению
теплоотдачи, а также выведению из организма вредных продуктов метаболизма. Тепловой
баланс организма: т.к. внешние условия, а также физиологические процессы
могут меняться в определенных пределах, то для поддержания стационарного
температурного состояния живые организмы в ходе эволюции выработали определенные
механизмы, которые могут немного понижать или повышать температуру, увеличивая
или уменьшая теплообмен с внешней средой. Так, при охлаждении животного в его
клетках увеличивается скорость гидролиза АТФ и в мышцы поступает дополнительная
энергия. У животных взъерошиваются волосы, между волосами увеличивается
воздушная прослойка, что приводит к уменьшению обмена теплотой между животным и
средой. При повышении температуры среды в организме возникают процессы,
приводящие в действие термопонижающие центры, в результате чего происходит
расширение кровеносных сосудов, увеличение потоотделения, учащение дыхания.
№ 11
Энтропия. Свойства энтропии. Второе начало термодинамики и его применение в
биологии
Для характеристики
состояния термодинамической системы Клаузиус ввёл понятие энтропии меры беспорядка
состояния системы. Энтропия – мера необратимого рассеяния энергии и
представляет собой ф-ю состояния термодинамической системы. dS=dQ/T, (S)=Дж/к. Свойства энтропий:1) энтропия
– величина аддитивная, т.е. энтропия системы равна сумме энтропий отдельных
элементов.2) если в изолированной системе происходит обратимые процессы, то её
энтропия остаётся неизменной.3) если в изолированной системе происходит
необратимые процессы, то её энтропия возрастает.4) энтропия изолированной
системы не может уменьшаться. Второе начало термодинамики говорит о том,
что в изолированной системе процессы протекают в направлении возрастания системы.
Живой организм не может быть изолирован от окружающей среды, т.к. он поглощает
кислород, воду и питательные вещ-ва. Если изолировать организм, т.е. лишить его
пищи и кислорода, то это смерть. Существование биологических изолированных
систем невозможно. Они могут быть только открытыми, т.е. системами, в которых
обмениваются с окружающей средой энергией и вещ-вом. Организмы, в процессе
своего развития, непрерывно, за счёт обмена вещ-в, создаёт из менее упорядоченных
систем более упорядоченные – энтропия уменьшается – это не противоречит второму
началу термодинамики, т.к. он сформулирован для изолированной системы. Полное
изменение энтропии: ΔS=ΔSi+ΔSe, ΔSi- изменение энтропии, связанное с
необратимыми процессами в организме, ΔSe- изменение энтропии вследствие взаимодействия с окружающей
средой. ΔSi>0, т.к. связано с выделением
тепла организмом. ΔSe>0, то
высокомолекулярное соединение разрушается, смерть. ΔSi= -ΔSe.
№ 12
Применение второго начала термодинамики к тепловым двигателям. КПД теплового
двигателя.
Тепловой двигатель
представляет собой систему, работающую за счет внешних источников тепла,
которая периодически повторяет тот или иной термодинамический цикл и
преобразует теплоту в механическую работу. Тепловой двигатель состоит из
нагревателя, сообщающего ему количество теплоты Q1, рабочего тела и охладителя, в который отводится количество
теплоты Q2. Работа, совершаемая двигателем,
равна А= Q1+Q2. Из второго начала термодинамики следует, что невозможен
процесс, единственным результатом которого было бы превращение всей теплоты,
полученной нагревателем, в эквивалентную ей работу. Поэтому не может
существовать теплового двигателя, в котором часть тепла не отводилась бы в
охладитель. Коэффициентом полезного действия теплового двигателя называют
величину ή=(Q1-Q2)/Q1. Поскольку Q2 не может быть равно нулю, то КПД теплового двигателя всегда меньше
единицы. Это утверждение может служить одной из формулировок второго начала
термодинамики. Живые организмы - это своеобразные тепло вые двигатели,
получающие теплоту в результате происходящих в них экзотермических реакций, в
которых участвуют биологические макромолекулы. Как и любой тепловой двигатель,
живой организм выделяет теплоту и совершает работу. Особое значение в термодинамике
имеет тепловой двигатель, работающий по циклу Карно, который состоит из
последовательно чередующихся двух изотермических и двух адиабатических процессов.
Рабочее тело (идеальный газ) совершает работу за счет теплоты, подводимой к
нему в изотермическом процессе; при обратном изотермическом процессе часть
теплоты уходит от рабочего тела. КПД такого двигателя: ήм=(T1-T2)/T1, где Т1 и Т2 - температуры нагревателя и охладителя.
КПД цикла Карно является максимальны значением для КПД любого реального
двигателя, работающего в тех же условиях.
1.
Магнитное взаимодействие токов. Магнитное поле. Силы Ампера и Лоренца
Магнитное поле- форма сущ-ния материи. Порождается
движущ-ся зарядами, токами, обнаруживается под действием на другие движ-ся
заряды, токи. Сущ-ет реально, не зависит от нас материально. Магнитное
взаимодействие- взаимодействие между проводниками с токами, т.е. взаимодействие
между движущ-ся зарядами. Магнитное поле хар-ся индукцией магнитного поля B (Тл), напряженностью H (А/м). B=М·М0·Н. Магнитное поле- вихревое, т.к. силовые линии
замкнутые, охватывают проводник с током, расположены в плоскости
перпендикулярно проводнику с током. Направление силовых линий опр-ся по правилу
правого винта: если поступательное движ-е правого винта направить по направлению
тока, то направление вращения ручки винта покажет направление силовых линий
магнитного поля. Вектор В и Н расположены по касательной линии в любой точке
силовой линии. Направление В и Н опр-ся по правилу правого винта. Сила
Ампера- F=B·I·l·sinα, α=(B^l). Направление силы Ампера опр-ся по
правилу левой руки: если лев руку расположить так, чтобы силовые линии входили
в ладонь, 4 пальца показывали направление тока, тогда отогнутый на 90º
большой палец покажет направление силы Ампера. Сила Лоренца- сила, с которой
магнитное поле действует на движ-ся заряд, влетевший в магнитное поле
(положительного заряда). Если заряд отрицательный, то сила Лоренца направлена в
противоположную сторону. Направление силы Лоренца опр-ся правилом левой руки. F= B·q·ύ
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 |