СӨЖ 5. Биологиялық жүйелердегі градиенттер. Негізгі термодинамикалық процестер. Орындаған: Насыров Н. ББ 13 -03 тобы Тексерген: Орынбаев М. Алматы 2015
Градиент (лат. gradientis — адымдаушы) — қандай да бір кеңістік сипаттамасы шамасының ұзындық бірлігінде өзгеруінің көрсеткіші. Градиент ұғымы мұхиттануда, метеорологияда және т. б. кеңінен пайдаланылады. Мысалы, тұздылық градиенті, қысым градиенті, және т. б. кеңістіктің әрбір нүктесінде мәні өзгеріп отыратын шаманың ең шапшаң өзгеру бағытын көрсететін вектор.
Термин алғаш метеорологияда қолданылса, оны Максвелл 1873 жылы математикаға еңгізді. Физика, метеорология, мұхиттану, гидрология салаларында кеңістіктегі кейбір шаманың ұзындық бірлігіне орын ауыстырғанда өзгеруін көрсету үшін градиент ұғымы кеңінен қолданылады; қысым градиенті, температура градиенті, ылғалдық градиенті, жел жылдамдығының градиенті, тұздылық градиенті, теңіз суы тығыздығының градиенті және т. б. Вирусологияда градиент деп ерітіндінің концентрациясы мен иондық күшінің өзгеруін айтады. Мысалы, сахарозаның, цезийдің, глицериннің тығыздық градиентінде вирустар мен олардың бөлшектерін тазартады, акриламид концентрациясының градиентінде электрофорезбен вирус белоктарын ажыратады, ион күшінің градиентінде белоктарды хроматографиялайды.
Тірі ағзаларға тән градиенттер: 1) концентрациялық 2) осмостық 3) электрлік 4) сұйықтың гидростатикалық қысымының градиенті Жүйенің қандайда бір параметрінің градиенті дегеніміз - осы параметрдің кезкелген екі нүктедегі мәндерінің айырмасын нүктелер арақашықтығына бөлгенге тең; Градиент векторлық шама, оның бағыты параметрдің үлкен мәнінен кіші мәніне қарай бағытталады.
Термодинамикалық процестер Адиабаталық процесс— қоршаған ортамен жылу алмаспайтын физикалық жүйеде өтетін термодинамикалық процесс. Адиабаталық процесс жылу өткізбейтін қабықшалармен қоршалған жүйелерде өтеді деп есептелінеді. Сыртқы орта мен жүйе арасында жылу алмасып үлгере алмайтындай уақытта тез өтетін процестер адиабаталық процесс ретінде қарастырылады. Оған мысалы, дыбыстың ауада таралуы, жылу қозғалтқыштарының цилиндрі ішіндегі газдың сығылуы (немесе ұлғаюы) т. б. жатады. Газ сығылғанда температура көтеріледі, ұлғайғанда — төмендейді. Адиабаталық процесс қайтымды және қайтымсыз процесс түрінде өтуі мүмкін.
Изотермиялық процесс – физикалық жүйеде тұрақты температурада жүретін процесс; термодинамикалық күй диаграммасында изотермамен кескінделеді.
Изотермалық процессті жүзеге асыру үшін жүйе, әдетте, термостатқа орналастырылады. Бұл жағдайда термостаттың жылу өткізгіштігі өте үлкен болып келеді де, жүйе температурасының іс жүзінде термостат темпрасынан айырмашылығы болмайды. Изотермалық процесстің мысалына тұрақты температурадағы сұйықтықтың қайнауы не қатты дененің балқуы жатады. Изотермалық процесс кезіндегі идеал газда қысым мен көлемнің көбейтіндісі тұрақты болады. Изотермалық процесс кезінде жүйеге белгілі бір жылу мөлшері беріледі (не одан белгілі бір жылу мөлшері алынады) және оның есебінен сыртқы жұмыс жасалады. Идеал газ үшін ол жұмыстың шамасы мынаған тең: Егер фазалық ауысу болмаса, онда изотермалық процесс кезінде қатты дененің және көптеген сұйықтықтардың көлемі өте аз өзгереді.
Изобаралық процесс – сыртқы тұрақты қысымда физикалық жүйеде өтетін процесс.
Ол термодинамикалық диаграммада изобарамен кескінделеді. Изобаралық процесстің қарапайым мысалына ашық ыдыстағы суды қыздыру, еркін қозғалатын поршені бар цилиндрдегі газдың ұлғаюы жатады. Бұл екі жағдайда да қысым атмосфералық қысымға тең. Изобаралық процесс кезінде идеал газдың көлемі температураға пропорционал болады (қ. Гей – Люссак заңы). Изобаралық процессте, жүйенің жылу сыйымдылығы изохоралық процеске (тұрақты көлемде) қарағанда көбірек болады.
Изохоралық процесс – физикалық жүйеде тұрақты көлемде жүретін процесс. Ол термодинамикалық күй диаграммасында изохорамен кескінделеді
Изохоралық процессті көлемі өзгермейтін герметикалық (тұмшаланған) ыдыстағы газдар мен сұйықтықтарда жүзеге асыруға болады. Дене көлемінің өзгеруіне ішкі энергиясының өзгеруі жылудың жұтылуы не шығуы есебінен атқарылады. Температураның өзгеруіне байланысты газдың (сұйықтықтың) қысымы да өзгереді. Изохоралық процесс кезінде идеал газдың қысымы температураға пропорционал (Шарль заңы) болады. Нақты (идеал емес) газда Шарль заңы орындалмайды. Өйткені газға берілген жылудың белгілі бір бөлігі бөлшектердің өзара әсерлесу энергиясын арттыруға жұмсалады. Ал қатты денедегі изохоралық процессті атқару техникалық жағынан едәуір күрделі болып келеді. Сығылғыштығы өте аз қатты денедегі кез келген изотермалық процесті, бірнеше ондаған килобар қысымға дейін, изохоралық процесс деп есептеуге болады.
Квазистатикалық процесс– термодинамикалық жүйенің бір тепе-тең күйден екінші (басқа) күйге шексіз баяу ауысуы. Мұндай кезде жүйенің кез келген кезеңдегі физикалық күйінің тепе-тең күйден шексіз аз айырмашылығы ғана болады. Квазистатикалық процесс кезінде жүйедегі тепе-теңдік, жүйенің физикалық параметрлерінде болатын өзгерістерге қарағанда, әлдеқайда жылдам орнайды. Кез келген квазистатикалық процесс – қайтымды процесс. Квазистатикалық процесс термодинамикада үлкен рөл атқарады. Өйткені, құрамына квазистатикалық процесс енетін термодинамикалық циклдер ғана ең көп жұмыс өндіреді. “ Квазистатикалық процесс” терминін неміс математигі К. Каратеодори ұсынған (1909).
Тұйық жүйеде тепе теңдік үдерісі қайтымды болып табылады. Қайтымды үдеріс дегенімыз қоршаған ортада ешқандай озгерңс болмайтын процесс. Егер үдеріс тепетеңдік түрде өтсе яғни тепе-теңдік күйлердің үздіксіз бір ізділігі болып табылса онда бұл бір ізділіктін әрбір нүктесінде жүйеде де, қоршаған ортада да озгеріс болмайды. Сондай-ак бұл үдерісті кері бағытта да жүзеге асыруға болады, мұның барысында қоршаған ортада ешбір озгеріс орн алмайды. Осылайша бір температурада екіншісіне кошу барысында квазистикалық үдерісте жүйе қабылдаған жоспар бойынша осы қайтымды үдерістін әрбір нүктесінде қоршаган ортаға кері бірізділікпен оралуы тиіс. Классикалық термодинамикалық қайтымды үдерістерге толық сипаттама береді. Еш жәрдемсіз өзі комегінсіз етсе онда ол қайтымды термодинамикалық процес. Қоршаған ортаға еш әсерін, өзгерісін енгізбейді. Себебі оқшауланған жүйе болады. Табиғатта кездеспейді, өзгерістерін енгізбейді.
Қайтымсыз үдерістер үшін белгілі бір теңсіздіктерді ғана анықтайды, және тепе-теңдікке қозғалыстын бағытын көрсетеді. Қайтымсыз процес қоршаған ортаға өзгеріс енгізеді. Себебі сырттан қосымша көмек алмайды. Ол кезде барлық процес кайтымсыз болады. Мысалы тірі жүйедегі процестің бәрі қайтымсыз. Суды алсақ ол буланганда ол кайтадан суга айналу үшін сыртқы орта температурасы әсер ету керек.
Қорытынды: Градиент - қандай да бір кеңістік сипаттамасы шамасының ұзындық бірлігінде өзгеруінің көрсеткіші. Оның тірі жүйедегі 4 түрі бар. Термодинамикалық процестер: Адиабаттық, Изобаралық, Изотермалық, Изохоралық, Квазистатикалық, Қайтымды және қайтымсыз процесс деп қарастырамыз.
Назар аударып тамашалағаныңызға РАХМЕТ!!!
Скачать презентацию СӨЖ 5 Биологиялық жүйелердегі градиенттер Негізгі термодинамикалық процестер
Насыров Н. биофизика 5.pptx