Байланыс энергиясы және энтропия

0

Жоспары:

  1. Энтропия өзгерісінің құрам бөліктері
  2. Стационарлық күй. Оның термиялық тепе-теңдіктен айырмашылығы.
  3. Энтропия ағындары. Теріс және оң энтропия

Лекция мәтіні:

            Термодинамиканның ІІ заңын ашық жүйелерге қолдану бір қатар қиындықтар туғызады. Изоляцияланған жүйелерде өздігінен жүретіін процестердің бағытының кретериі энтропияның өсуі болып табылады. Ал соңғы күйіне тепе – теңдік күйі жатады. Ал ашық жүйелер бірінші кезекте, биологиялық жүйелер, тепе – теңдік жағдайда өмір сүруін токтатады. Ашық жүйелерде тепе – теңдік күйлердің  сақталуы оларда зат пен энергия ағынының арқасында ғана мүмкін болады. Сонымен ашық жүйелер тепе – теңдік күйінде болады. Бұл күйдің параметрлері мен қасиеттері уақыттың функциясы болады.Ашық жүйенің энтропиясының өзгеруі 2 бөліктен құралады.

     d s = de S + d si (7)

Мұндағы de S – жүйенің сыртқы ортамен алмасу процестері нәтижесіндегі энтропия өзгерісі, ал d si  — жүйенің ішкі қайтымсыз процестердің нәтижесіндегі энтропия өзгерісі.

          (7) теңдеу қайтымсыз процес тер термодинамикасының бастапқы ережесі болып табылады. Егерде жүйенің ішінде қайтымды өзгерістер жүрсе, онда энтропия туындамайды.

dі S = 0

Ал барлық  қайтымсыз процес тер үшін dі S > 0

Изоляцияланған жүйелерде de S = 0 Олар үшін (7) теңдеу мынадай түрге айналады: d s = de S>0 (8)

Бұл теңдеу классикалық термодинамиканың ІІ заңына сай келеді. (7) теңдеуді  дифферциалдаймыз                                     d s/ dt = de S/ dt + d si / d t   (9)

         Бұл теңдеу жүйенің энтропиясының өзгеру жылдамдығы жүйе мен қоршаған орта арасындағы энтропия алмасу жылдамдығына және жүйенің ішінде энтропияның түзілу жылдамдығының қосындысына теңдігін көрсетеді

de S /dt – мүшесі оң және теріс болуы мүмкін. Сондықтан  d si/dt >0 болғанда 3 түрлі жағдай болуы мүмкін:

  1. d S /dt >0 егер de S /dt>0
  2. d S /dt <0 егер de S /dt<0  бірақ de S /dt> d i S /dt
  3. d S /dt >0 егер de S /dt<0 және  de S /dt=d i S /dt  (10)

Соңғы 3–ші жағдай жүйеде стационарлық күй туындауына сәйкес келеді немесе энтропияның түзілуі оң энтропияның сыртқы ортаға таралуымен конпенсацияланады нәтижеде энтропиялық өзгерісі  0-ге тең.

                d s = de S + d si= 0 (11)

Осындай күйді жүйеде энтропияның өзгерісі болмайтын оң энтропиямен теріс энтропия біріне – бірі конпенсацияланатын күйді стационарлық күй деп атайды.

         (11) – теңдеудің негізінде биологиялық жүйелердің жалпы қасиеттерін талдау жасау классикалық термодинамиканың ІІ заңымен организмдердің тіршілік әрекеті арасындағы қайшылықтарды түсіндіруге болады. Организмнің өсуі мен дамуы олардың ұйымдастырушылық деңгейінің көтерілуімен қабаттаса жүреді.Сөйтіп классикалық термодинамика тұрғысынан тірі жүйелердің энтропиясы өздігінен азаятын сияқты болып көрінеді.Бірақ бұл қайшылық сырт жағынан ғана себебі өздігінен жүретін процестердің жүру бағыты энтропияның өсуімен анықталатындығы тек қана изоляцияланған жүйелер үшін ғана дұрыс болып табылады. Ал тірі организмдер ашық жүйелерге жатады. Олар үшін

de S /dt<0 ;        de S /dt> d i S /dt

Осындай реал жағдайларда организмнің энтропия шамасының төмендеуімен қабаттаса жүретін даму процесі сыртқы ортаның басқа учаскелеріндегі энтропияның өсуі арқылы жүреді. Жердегі организмнің жалпы энтропия алмасуын қарапайым түрде фотосинтез процес інде көмірқышқыл газымен судан күрделі органикалық молекулалардың түзілуі және тыныс алу кезінде фотосинтез өнімдерінің ыдырауы деп қарастырса болады. Дәл осы энергия алмасуы жеке организмнің және жер бетіндегі тіршіліктің болуын қамтамасыз етеді. Осы көзқарас тұрғысынана тірі жүйелердегі тіршілік әрекеті нәтижесіндегі энтропияның кемуі организмнің жарық квантын жұтуымен конпенсацияланады. Ал жарық квантын шығаратын күн жұлдыздарында ядролық реакциялар нәтижесінде оң энтропия түзіледі.

          Бұл принцип барлық тірі организмдерге қатысты. Оларға қоректік заттармен бірге түсетін теріс энтропия сыртқы ортада осы қоректік заттар түзілгенде оң энтропияның түзілуімен қабаттаса жүреді нәтижеде жалпы организм + сыртқы орта жүйесіндегі энтропияның өзгерісі әр қашанда оң болады.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ