5806256270

Część III: Termodynamika układów biologicznych

układu na jednym poziomie może być traktowany jako cały układ na poziomie niższym. Ta hierarchiczna natura układów termodynamicznych wymaga za każdym razem bardzo precyzyjnego określenia, co dany układ zawiera. Elementy rzeczywistości nie wchodzące w skład układu noszą w termodynamice nazwę otoczenia.

W zależności od relacji pomiędzy układem a otoczeniem wyróżnia się w termodynamice 4 podstawowe typy układów:

■ izolowane: nie wymieniają z otoczeniem masy ani żadnej formy energii

■ adiabatyczne: nie wymieniają masy i ciepła, mogą wymieniać pozostałe formy energii

■ izotermiczne: swobodnie wymieniają wszystkie formy energii, nie wymieniają masy

■ otwarte: wymieniają z otoczeniem masę i energię.

Układy izolowane, adiabatyczne i izotermiczne określa się wspólnym terminem układy zamknięte (nie wymieniające masy z otoczeniem).

Stan układu i jego parametry

Stan układu można opisać za pomocą pewnej liczby zmiennych tzw. parametrów stanu. Parametry mogą być intensywne i ekstensywne. Parametry intensywne nie zależą od wielkości układu i przy łączeniu elementów w układ nie są addytywne. Typowymi parametrami intensywnymi są: temperatura, stężenie, ciśnienie. Parametry ekstensywne zależą od wielkości układu i są addytywne. Do parametrów tego typu należą np. objętość i masa.

Stan układu określony jest przez parametry stanu i zmienia się wraz z ich zmianą. Zależność stanu układu od wartości parametrów określa tzw. równanie stanu. Np. dla układu termodynamicznego takiego jak gaz doskonały mamy równanie stanu gazu doskonałego postaci: pV = nRT

W równaniu tym występuje jedna stała (stała gazowa R) oraz 4 parametry: p - ciśnienie, V - objętość, n - liczba moli i T - temperatura bezwzględna. Tylko 3 z tych parametrów mogą przyjmować dowolne wartości - wartość czwartego wynika z równania stanu gazu doskonałego. Jeżeli nasze rozważania ograniczymy do 1 mola gazu doskonałego, to równanie stanu sprowadzi się do postaci:

pV = RT

Rozpatrując jaki wpływ na wartość jednego z parametrów stanu mają niewielkie zmiany pozostałych parametrów wygodnie jest posługiwać się zapisem różniczkowym. Jeżeli g-«x,y,_Z)

to różniczkę funkcji g definiujemy jako: dg = Ldx + Mdy +Ndz