Upload
vanphuc
View
215
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Termodynamika v biochemiiTermodynamika v biochemii
Studium energetických zmStudium energetických změěnn
KlasickKlasickáá x statistickx statistickáá
RovnovRovnováážžnnáá x nerovnovx nerovnováážžnnáálinelineáárnrníí a nelinea nelineáárnrníí
ZZáákladnkladníí pojmypojmy
Makroskopický systém, okolí systému
Termodynamický systém
Otevřený / uzavřený / izolovaný systém
Heterogenní a homogenní systém, fáze
Stav termodynamického systému
Stavové parametry: vnější / vnitřní, globální / lokální
ZZáákladnkladníí pojmypojmy
Stavové funkce, rovnice
Termodynamické funkce
Mikrostav / makrostav
Stavový prostor
Rovnovážný stav, lokální rovnováha, stacionární stav
Relaxační doba
TermodynamickTermodynamickéé procesyprocesyzměna termodynamického systému v čase, přechod z jednoho stavu do druhého
vratný proces – pokud systém prochází pouze rovnovážnými
stavy
kvazistatické procesy –probíhají tak pomalu, že prakticky nenaruší stav
systému, vratné
TermodynamickTermodynamickéé funkce a vfunkce a věětyty
H = U + H = U + pVpVenthalpieenthalpieHH
G = H G = H -- TSTSGibbsovaGibbsova volnvolnáá energieenergieGG
F = U F = U -- TSTSHelmholtzovaHelmholtzova energieenergieFF
dSdS ≥≥ dQdQ/T/TentropieentropieSS
∆∆U = Q + WU = Q + Wvnitvnitřřnníí energieenergieUU
I. věta termodynamická (Zákon zachování energie)Změna vnitřní energie uzavřeného systému je rovna
energii, která prošla hranicí systému ve formě tepla nebo práce
TermodynamickTermodynamickéé funkce a vfunkce a věětyty
0lim0
=∆→
ST
II. věta termodynamická
III.věta termodynamická
EntropieEntropie
GibbsovaGibbsova energieenergie
Rovnováha a směřování systému
T
dQdS ≥
ŽŽivivéé systsystéémymy
nerovnovážné systémy, vyskytující se převážněv lokálně rovnovážných stavech
termodynamické procesy v nich probíhající jsou nevratné
vnitřní struktura a regulace vedou k ustálení ve stacionárních nebo dynamicky stacionárních
stavech
LineLineáárnrníí nerovnovnerovnováážžnnáá termodynamikatermodynamika
eeee Lj ϕ∇−=
cLj DDD ∇−=
zobecněnésíly
lineární fenomenologické zákony
∑=
=f
kkiki XLJ
1
fenomenologickékoeficienty
zobecněnétoky
Příklady aplikace
Přenos tepla vedením – Fourierův zákon
Fickův zákon difuze
Ohmův zákon elektrické vodivosti
TLj qqq ∇−=
Entropie v lineEntropie v lineáárnrníí oblastioblasti
∫==V
ir dVSdt
dSP )()( σ
( ) 0≥=∑i
ii XJSσhustota produkce entropie
celková produkce entropie ( ) 0≥= ∫∑V i
ii XJSP
CurieCurieůůvv –– PrigoginPrigoginůůvv principprincip
pro izotropní termodynamický systém v lineární oblasti
popsaný pomocí lineárních fenomenologických zákonů
vzájemn ě se mohou ovliv ňovat jenom procesy stejného tenzorového charakteru
OnsagerovyOnsagerovy relace reciprocityrelace reciprocity
MinimMinimáálnlníí produkce entropieprodukce entropie
pouze pro lineární oblast
Lik = Lki
výhoda – snížení počtu koeficientů
v lineární oblasti
Produkce entropie nabývá minim ální hodnoty v tom stacionárním stavu, který je v souladu se zadanými
hrani čními podm ínkami ur čenými charakterem úlohy.
0≤dt
dσ
PotenciPotenciáál na membrl na membráánněě nervovnervovéé bubuňňkyky
Hodkinův-Huxleyův model membránového potenciálu
FitzHughův-Nagumův model vzrušivétkáně - obecnější
Oscilace v Oscilace v řřetetěězových enzymových reakczových enzymových reakcííchch
model glykolýzy v kvasinkách
dvě vzájemně se ovlivňující buňky
Termodynamika biologickTermodynamika biologickéé evoluceevoluce
náhodné seskupování – velmi nepravděpodobné, vysokémnožství různých typů molekul
základ vzniku života – autokatalýza a posléze zprostředkovanáautoreprodukce
možnost vzniku špatných kopií
i pro studium ontogeneze, morfogeneze a embryogeneze