Значение второго закона

Второй закон (второе начало) термодинамики

ЛЕКЦИЯ 3

Процессы в живом организме

В человеческом организме происходят многочисленные хими-ческие превращения, называемые обменом веществ или метаболиз-мом. Каждый из этих процессов сопровождается определенным изменением энтальпии. Кроме того, энергия необходима для поддержания определенной температуры тела и для выполнения мышечной работы. Так, приблизительный расход энергии при стирке равен 10 кДж/мин, при ходьбе 16 кДж/мин, а при беге 40 кДж/мин. Основными источниками энергии для человека являются пища и напитки. По сравнению с этим энергия, поступающая в тело человека в виде тепла (например, при сидении у огня) пренебрежимо мала. В табл.1.4 приведены приближенные данные об энергетическом содержании, или, как принято говорить, окалорийности некоторых пищевых продуктов.

Источниками энергии в любой пище являются ее основные компоненты: жиры, белки и углеводы, энергетическое содержание которых составляет: жиры – 38 кДж/г, белки – 17 кДж/г, углеводы – 16 кДж/г. Большая часть энергии, поглощаемой с пищей, расходуется организмом. Точное значение энергии, которую расходует человек, зависит от его возраста, пола, роста, веса, а также от характера деятельности. Мужчины в среднем расходуют ежедневно от 9200 кДж до 12100 кДж, а женщины от 6700 кДж до 8800 кДж. Если поглощается энергии больше, чем тратится, то ее избыток запасается в виде образующегося в организме жира. Каждый килограмм жира образуется за счет избыточной энергии, приблизительно равной 35000кДж.

Таблица 1.4.

Калорийность некоторых пищевых продуктов

Все процессы, включая химические, можно разбить на две группы:

1. Процессы, которые для их осуществления требуют затраты энергии извне. Такие процессы называются несамопроизвольными. Примерами таких процессов могут служить: подъем тела, переход теплоты от более холодного тела к более нагретому (в холодильных машинах), разложение воды на водород и кислород (электролиз).

2. Процессы, которые не требуют затраты энергии извне, в результате которых может быть совершена работа против внешних сил. Такие процессы называются самопроизвольными. Примеры самопроизвольных процессов: стекание воды по склону, переход теплоты от более нагретого тела к менее нагретому, коррозия металлов, взрыв гремучей смеси.

Первый закон термодинамики, как мы уже знаем, устанавливает соотношение, связывающее внутреннюю энергию системы с количеством теплоты и совершенной работы, т.е. позволяет составить энергетический баланс процесса. Однако первый закон не рассматривает вопросов, связанных с возможностью протекания и направлением процессов. Так, с помощью следствий из закона Гесса можно рассчитать тепловые эффекты реакций, как протекающих самопроизвольно, так и вообще реально неосуществимых.

Второй закон термодинамики:

a) определяет, какие из процессов в данной системе при заданных условиях могут протекать самопроизвольно :

b) устанавливает предел возможного самопроизвольного протекания процессов, т.е. каково состояние равновесия :

c) дает возможность определить, какими должны быть внешние условия, чтобы интересующий нас процесс протекал в нужном направлении и в нужной степени.

Это имеет большое значение для решения многочисленных научных и технологических задач.