Термодинамика человека

Термодинамика человека

Термодинамика человека

Вся интеллектуальная деятельность человека основывается исключительно на потреблении энергии.

Без энергии невозможно представить себе активность организма, нормальное функционирование всех необходимых благ для людей.

Данный фактор крайне важен как внутри человека, так и для его существования в окружающей среде. Различные сферы производства не могут самостоятельно работать, ведь они требуют постоянного получения энергии.

Рисунок 1. Термодинамика живых систем. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Перевозка продуктов, отопление различных помещений, синтез новых веществ в клетках живого организма — все это происходит только благодаря способности производить работу.

Определение 1

Термодинамика живых организмов – это биоэнергетика, изучающая системы, которые обладают тепловой энергией и могут переноситься, проводя при этом какую-либо работу.

Благодаря термодинамике возможно оценить примерное количество затраченной системой теплоты и работы. Указанное научное направление исследует реальные возможности распространения теплового потенциала и направление его дальнейшего распространения.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Превращение и движение энергии является главным свойством всех живых организмов, которые в биологических системах имеют свою специфику. Биоэнергетика сосредотачивается на детальном рассмотрении термодинамики физических явлений и миграции внутренней энергии в системах.

Для описания биологических процессов, происходящих в термодинамических концепциях, применяется ряд понятий:

  • фаза – часть активной системы, обладающая равноправным составом, химическими и физическими свойствами;
  • термодинамический процесс – регулярные изменения в системе;
  • система – тело или совокупность нескольких материальных веществ, обособленных физическими границами от окружающей среды.

Клетка человека как термодинамика

Определение 2

Системой в термодинамике называют общность и целостность взаимодействующих частей.

Экспериментальным доказательством является то обстоятельство, что некоторые характеристики живых организмов диктуются самой концепцией, следовательно, интегративные свойства этой совокупности не могут быть свойствами самих клеток. Для человека с индуктивным мышлением это положение является крамолой.

Клетка человека является основной частью организма. Внутренний геометрический объем данного элемента ограничен от внешнего пространства мембраной и оболочкой.

Через эту границу всегда осуществляется взаимодействие клетки и среды.

Древние ученые рассматривали человеческую клетку как термодинамическую систему, однако сейчас самые яркие представители современности считают такую теорию недостойной для исследования.

По отношению к клетке человека внешнее пространство – это межклеточная жидкость в виде водного раствора, состав которой определяется систематическим обменом химическими веществами с капиллярами и взаимообменом с множеством других клеток.

Из межклеточной жидкости через оболочку в клетку поступают «важные и полезные» элементы и кислород. Из клетки через ту же среду выходят продукты жизнедеятельности, которые необходимы для жизнедеятельности живого организма. Следовательно, клетка человека, как комплексная термодинамическая система, постоянно взаимодействует с внешней средой химически.

Замечание 1

Системное свойство человеческого организма состоит в том, что функциональное назначение каждой клетки — производство определенных веществ, выдаваемые в межклеточную жидкость и далее в кровеносную систему.

В результате внутренняя энергия системы необратимо превращается в теплоту, то есть клетка человека самостоятельно генерирует энтропию.

Опасность энтропии в клетке организма

Попробуем понять, почему рост энтропии может быть опасен для организма. Организм всегда «требует» от клетки ее полноценного функционирования, выполнения необходимых и полезных ему потребительских услуг в виде производства каких-то элементов. Скорость превращений непосредственно обусловлена разностей потенциалов, использованием катализаторов и транспортных специальных молекул.

Но в любой ситуации требуется изначально расположить молекулы реагентов рядом и достаточно плотно. Это поможет далее «возбудить» электронные оболочки конкретных атомов, после чего произойдет акт соединения синтеза с образованными веществами.

Молекулы в клетке человека имеют достаточно сложную трехмерную пространственную структуру. И потому у таких элементов много степеней свободы движения.

Вращение крупных фрагментов в жидкой фазе весьма затруднено, так как там взаимодействуют только мелкие частицы.

Если следовать теории Больцмана и принять увеличение энтропии в клетке живого организма, тогда к отводу энергии может привести масса вариантов, способных возбудить электронные оболочки с последующим возникновением «нужных» веществ.

Организму придется в обязательном порядке навести порядок в человеческой клетке, отвести энтропию из общего объема клетки, чтобы сосредоточить внутреннюю энергию молекул в «полезных» критериях свободы.

Увеличение интенсивности отвода энтропии из клетки человека возможно не только уменьшение температуры, а и увеличение энергетического потенциала внутри самого организма.

Но такой метод изменит весь химизм в клетке, которая в итоге перестанет выполнять свои функции и начнет производить всякий «мусор».

Все живое – генератор энтропии

Что на самом деле происходит в термодинамической системе – одиночной клетке организма?

Определение 3

По существу, клетка – это химический реактор, выполняющий синтез различных белков, ферментов, которые поставляются кровеносными сосудами в межклеточную жидкость из органов дыхания, пищеварения и эндокринной системы.

Весь процесс приготовления еды на кухне — это рост энтропии, процесс жевания – тоже, усвоения реагентов в кишечнике – тоже формируют энтропию.

И только явление синтеза полезных для организма веществ происходит с уменьшением энтропии.

Здесь главное в том, что, согласно второму термодинамическому закону, прирост энергии из-за необратимости превосходит в несколько раз ее уменьшение посредством взаимодействия сложных молекул и простых.

Замечание 2

Клетка человека, как и любой другой химический реактор, обладает характеристикой селективности трансформаций и свойством быстрого превращения сырья в целевой товар.

Известно, что эти два свойства абсолютно антагонистичны. В результате, бедному организму приходится создать целую систему распада реагентов, вывода шлаков и ядов. У организма собственная экология и свои очистные сооружения, которые объяснить с точки зрения науки практически невозможно.

Селективность превращений в реакторе возможно получить с помощью производства «транспортных» молекул, которые способны оттащить вещество в точку синтеза белков, где и расположены ингибиторы и катализаторы.

И все равно при таком процессе производится мало конечного продукта. Необходимо для интенсификации постоянно вырабатывать избыток исходных элементов. Правда, некоторые млекопитающие отработали прием увеличения коэффициента использования такого важного сырья.

Этот метод заключается в том, что они съедают часть собственных и чужих экскрементов. У современных химиков это называется разработать рецикл: после определенной стадии разделения в химической установке сырье вновь направляется в «голову» для повторной переработки.

Но человеку, живущему в нормальных условиях, такой прием как-то не совсем подходит.

Вывод: клетки человека не только генерирует энтропию и выбрасывает ее в окружающий мир, но и осуществляют это с перерасходом по сырью, хотя с достаточно малой эффективностью. Второй закон термодинамики считается верховным предиктором в бытии всех живых существ, а первое термодинамическое начало – просто мальчик на побегушках.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/termodinamika/termodinamika_cheloveka/

Энтропия и бытие человека

Термодинамика человека

«Не может человек найти суть дела, что делается под солнцем, -сколько б ни трудился искать человек – не найдет; и если даже скажет мудрец, что сумеет, — не найдет».Соломон Мудрый, царь иудейский, Х век до н.э.Таков сей мир, а отчего он так, Того не ведает ни умный, ни дурак.

Д. И. Фонвизин (1745 – 1792).

Системой можно назвать совокупность взаимодействующих частей. Опытным фактом является то обстоятельство, что некоторые свойства частей диктуются самой системой, что интегративные, системные свойства этой совокупности не являются свойствами самих частей. Для человека с индуктивным мышлением эта идея является крамолой и ее хочется предать анафеме.

Клетка в живом организме человека.

Клетка человека является частью организма. Внутренний геометрический объем клетки ограничен от внешней среды мембраной, оболочкой. Через эту границу происходит взаимодействие среды и клетки.

Будем рассматривать клетку человека с ее оболочкой как термодинамическую систему, даже если великие термодинамики современности сочтут клетку собственного организма вульгарным и недостойным для термодинамики объектом рассмотрения.

По отношению к клетке человека внешняя среда – это межклеточная жидкость, водный раствор. Ее состав определяется обменом химическими веществами с кровеносными сосудами (капиллярами) и обменом с множеством клеток.

Из межклеточной жидкости в клетку через оболочку поступают «полезные» вещества и кислород.

Из клетки через ту же оболочку выходят в межклеточную жидкость продукты жизнедеятельности, это необходимые для организма вещества, побочные продукты, шлаки, не прореагировавшие компоненты.

Следовательно, клетка человека, как термодинамическая система, взаимодействует с внешней средой химически. Потенциал этого взаимодействия обозначим традиционно буквой μ, а координату состояния этого рода взаимодействия обозначим m. Тогда количество этого взаимодействия внешнего мира и клетки организма равно

μj(e)dmj ,

где j – номер маршрута последовательных и/или параллельных химических превращений, mj – масса вновь образовавшегося j-го вещества. Индекс (е) вверху означает, что следует брать величину j-го потенциала превращения для внешней среды, т.е. для межклеточной жидкости.

Одновременно, через оболочку клетки организма осуществляется термическое взаимодействие с потенциалом Т (абсолютная температура) и координатой термического рода s (энтропия). Количество взаимодействия – T(e)ds.

Деформационным взаимодействием (потенциал – давление, координата состояния – удельный объем системы) для жидкостей пренебрегаем.

Тогда первый закон термодинамики для термо-химической системы записывается в стандартной форме:

du = μj(e)dmj + T(e)ds ,

где u – внутренняя энергия системы.

Если потенциалы в клетке организма μj(i) и Т(i) близки к потенциалам снаружи, то наступает равновесие. Равновесность означает, что количество исходных реагентов и количество продуктов реакций в обратимых химических превращениях становятся неизменными (все химические реакции – обратимы).

Системное свойство организма заключается в том, что функциональное назначение каждой клетки человека — производство веществ, необходимых организму (белки, жиры, ферменты, энергоносители и т.п.).

Клетка должна выдавать эти вещества в межклеточную жидкость и далее в кровеносную систему. Следовательно, состояние клетки человека должно быть неравновесным, а процессы обмена – необратимыми.

Это значит, что если

Δμj = μj(e) – μj(i), то Δμj/μj(i) ≥ 100.

Для рассматриваемой ситуации (необратимость) первый закон термодинамики принимает вид:

du = T(e)ds + (Δμj + μj(i))dmj = T(e)ds + μj(i)dmj + Δμjdmj.

Последний член в этом уравнении обусловлен необратимостью процесса химического взаимодействия. И, согласно второму закону термодинамики, эта необратимость обязательно приводит к росту энтропии:

Δμjdmj = T(i)ds(m)дисс, где ds(m)дисс > 0. (дисс = диссипация).

Все происходит так, как будто необратимость при взаимодействии любого рода «включает» в термодинамической системе источник теплоты с активностью T(i)ds(m)дисс , клетка организма нагревается (не обязательно в смысле роста температуры, как на кухне, а в более широком смысле — подвода теплоты). Рост энтропии в клетке человека безусловно искажает течение химических реакций (об этом чуть дальше). Происходит генерация ненужных организму веществ, мусора, шлаков, происходит разбавление раствора. Организму приходится отводить энтропию из клетки, а то она такого ему наделает!

Один из путей отвода энтропии указывает термодинамика: необходимо уменьшить термический потенциал Т(е), сделать его меньше Т(i).

А чтобы реализовать отвод теплоты, разность температур ΔТ = Т(i) – Т(e) должна снова быть конечной величиной, следовательно, процесс теплообмена станет тоже необратимым, появится еще один источник теплоты с активностью T(i)ds(T)дисс.

Окончательно, первый закон термодинамики для термо-химической системы с необратимыми процессами обмена примет вид:

du = T(i)ds + μj(i)dmj + T(i)ds(m)дисс + Т(i)ds(T)дисс .

Первые два члена в du справа ответственны за обратимые процессы взаимодействия, последние два – за необратимые, причем последний обусловлен предпоследним. Следовательно, часть внутренней энергии системы необратимо превращается в теплоту, т.е. клетка человека генерирует энтропию.

Источник: http://www.tnnm.ru/termodinamika/entropbitie/entropbitie.html

Booksm
Добавить комментарий