Zasady termodynamiki

Można wyprowadzić wspomniane powyżej funkcje termodynamiczne i określić stan termodynamiczny układu opierając się na statystyce. Me-todami statystycznymi opisuje się układ traktując go jako zbiór cząstek i bada ich zachowanie. Komórka ma małą objętość i dlatego liczba okre-ślonego rodzaju cząstek zawartych w protoplazmie bywa niewielka. Na przykład łatwo obliczyć, że w warunkach fizjologicznych pojedyncza komórka bakterii o objętości około 2 M-m3 może zawierać zaledwie 120- –130 jonów wodorowych. Do układów złożonych z tak małej liczby cząstek nie należy stosować reguł termodynamiki statystycznej bez przyjęcia pewnych dodatkowych założeń. Wiele jednak rodzajów cząstek stanowi znacznie liczniejsze zbiory w komórce i w tych przypadkach stosowanie zasad termodynamiki statystycznej dla poznania procesów biochemicznych okazało się bardzo owocne.

Pierwsza zasada termodynamiki, wyrażając prawo zachowania energii, może być sformułowana następująco: zmiany energii wewnętrznej układu mogą być powodowane dostarczeniem energii z zewnątrz w postaci ciepła lub pracy. Procesy nie spełniające tej zasady są nie możliwe w przyrodzie, ale nie wszystkie procesy zgodne z pierwszą zasadą są możliwe. Rozstrzygnięcie, czy proces jest możliwy, czy też nie, umożliwia druga zasada termodynamiki. Drugą zasadę można różnie formułować, np. za Boltzmanem: przyroda dąży do przejścia ze stanu mniej prawdopodobnego do bardziej prawdopodobnego. U podstaw II zasady termodynamiki leżą spostrzeżenia, że w przyrodzie zachodzą procesy nieodwracalne tj. takie, których w żaden sposób nie można cofnąć do stanu wyjściowego. Innym typem procesu jest proces odwracalny, tzn. taki, w wyniku którego zarówno układ, jak i otoczenie powracają do stanu pierwotnego. Stan układu po zajściu procesu odwracalnego jest więc równoważny stanowi przed procesem, podczas gdy w procesie nieodwracalnym nie jest równoważny. Miarą tej równoważności lub nierów- noważności stanów przed i po procesie jest funkcja matematyczna zwana entropią.

One Response to “Zasady termodynamiki”

Leave a Reply