Puterea, manoperei și a energiei

Titlul lucrării: putere, muncă și energie

Specializarea: Biologie și Genetică

Descriere: Lucrarea experimentală cu obiecte biologice vizează în esență modelarea proceselor care au loc în organismele vii. Puterea manoperei și a energiei din fizica știm că forța este cauza schimbării vitezei a corpului. Prin definiție, lucrarea A este produsul de forță F care acționează asupra unui corp de mișcare a corpului e în direcția forței. Și vectorii de forță sau de deplasare; Lucrează aceeași cantitate scalar lucrare egal acești vectori: 1 fiind considerate în funcțiune scalar și termodinamică.

Mărime fișier: 219 KB

Job descărcat: 17 persoane.

Această secțiune va lua în considerare transformarea energiei în sistemele biologice. Energia, așa cum este cunoscut - este abilitatea de a face treaba (care, de altfel, nu se realizează întotdeauna). Știința care studiază transformarea energiei în sistemele biologice, se numește

Sisteme și facilități

Cuvântul „sistama“ este adesea folosit, dar nu este ușor de a da o definiție precisă.

sistem biologic ne referim la totalitatea organismelor vii, un singur organism viu, și orice parte a acestuia, de exemplu, organ, țesut, colectarea de celule, celule individuale ale celulei, metaboliți și enzime, receptori și liganzi interacționează sau interconvert ca parte a unui organism viu.

O parte a unui sistem biologic poate avea un titlu independent, în funcție de tema modului în care știința este o parte a acestei. Având în vedere că termenii sunt utilizate sisteme fiziologice, biochimice și alte sisteme, după nume secțiuni relevante ale biologiei (știință Life).

Pentru a studia în detaliu procesele care au loc în sistemele biologice reușesc de obicei, numai după ce vom izola o anumită parte a întregului organism și la acest situs izolat se va efectua experimente, adică, a crea situații care credem că va avea loc in vivo.

Un organism viu, cu care au fost realizate sau părți ale acestuia (organe, celule, părți de celule, celule organite etc.) selectate experimente vor fi numite obiecte biologice.

Lucrările experimentale cu obiecte biologice urmărește, de fapt, simularea proceselor care au loc în organismele vii. Aceste simulări - baza studiului științific al fenomenelor, dar, desigur, omul de știință trebuie să aleagă foarte atent și cu atenție modelul pentru a se potrivi real, mai degrabă decât situații fictive și procesele în organismele vii.

Sistemele biologice studiate în bioenergetică, poate fi izolat, închis sau deschis. Să ne amintim semnificația acestor termeni împrumutate de la termodinamicii:

Sistemul deschis face ca schimbul de materie și energie cu mediul înconjurător.
Sistemul închis nu este schimbul de materiale cu mediul, dar pot face schimb de energie.
Sistemul izolat termic nu poate comunica cu mediu okruzhaeyuschey nici energie, nici substanță.
EXEMPLU sistem izolat - termos închis - sticlă închis cu ceai fierbinte, deschis - ceai farfurie.

Orice sistem biologic - sistem deschis. să fie exact. Dar totul este relativ. Și, în multe cazuri, părțile individuale ale unui sistem biologic poate fi considerat ca fiind fie închis (aceasta este - destul de cazul obișnuit) sau chiar izolat.

Puterea, manoperei și a energiei

Din fizică știm că forța - un motiv pentru viteza de schimbare a corpului. Dacă presupunem că noțiunea de masa m. viteza și accelerația unui definit, definiția puterii este legea F = ma.

Prin definiție, lucrarea A este egal cu produsul F. forțele care acționează asupra unui corp de mișcare a corpului e în direcția forței. Iar puterea și de circulație - vectori; funcționează bine - o cantitate scalară. Artwork egal acești vectori:

unde p - presiunea, Pa, V - volum, m 3. m - cantitatea de substanță kmol, R - constanta de gaz, Dzh.kmol -1 .K -1. T - Temperatură, K.

În acest caz, p este presiunea osmotică. Size - este concentrația molară a particulelor osmotic active, din care găsim ecuația presiunii osmotice:

Rețineți că concentrația molară a substanței nu este în mod necesar egală cu concentrația molară a particulelor active osmotic (care sunt, de asemenea, numite osmolaritate sau osmolaritate).

Săruri cum ar fi NaCl sau KCl în soluția apoasă este complet disociat și concentrația osmotică de două ori concentrația molară. CaCl2 molecula disociază în soluție apoasă în trei particule, astfel încât concentrația sa osmotică va depăși un molar de trei ori.

În general, concentrația molară osmotică mai mare decât un astfel de număr de ori numărul de particule se descompune când molecula dissotsiiatsii electric. Uneori nu concentrare osmotică să fie confundat cu un molar, nu și-a exprimat în moli, și în osmomolyah (Osm, Osm) și derivate din această cantitate (mOsm, mOsm).

Acest lucru este util atunci când presiunea osmotică creată printr-o soluție constând dintr-un amestec de mai multe substanțe. De exemplu, o soluție de 100 mM NaCI + 50 mM sucroză va avea concentrația osmotică 2x100 + 50 = 250 mOsm.

Determinat prin concentrarea metode chimice a substanței într-o celulă sau alte sisteme biologice poate fi diferită de concentrația osmotic și din alte motive în afară de disociere electrolitica, și anume datorită porțiunilor de legare ale moleculelor sau ionilor prin proteine si alte macromolecule sau structuri subcelulare.

Ionii înrudite sunt difuzate și nu creează presiune osmotică. Activitatea osmotică are doar partea de substanță care este liber și nu este asociată cu starea structuri mari.

Tensiunea superficială este considerată în fizică. Vom reveni la această problemă luând în considerare conceptele de energie de suprafață.

Tipuri de muncă în sistemele biologice

Tabelul 1 listează rabotysistemah tipuri principale care pot fi efectuate într-un anumit sistem din cauza diferitelor forțe.

Tabelul 1. Tipuri de muncă în sistemele biologice

Să ne gândim la această întrebare

Fig. 5 prezintă schematic diferite tipuri de lucru care pot fi efectuate într-un sistem biologic.

Fig. 5. Forme de muncă în sistemele biologice

Lucrul mecanic este, după cum știm, produsul de ori forță la distanță. forța elastică a lucrărilor afișată în partea stângă, în Figura 1. Calculele reale de lucru mecanic într-o varietate de situații - subiectul fizicii.

Un caz special important al lucrărilor referitoare la mișcarea sub forța - este opera a gazului comprimat în timpul expansiunii sale. Dacă presiunea gazului este egală cu p. zona S pe pistonul o forță F = pS și târârea un corp cu o distanță s se va face munca

în care -change volumul în timpul gazului.

muncă osmotică și energie

munca osmotică - este munca. care trebuie să fie efectuate în scopul creșterii concentrației substanței în soluție.

O astfel de lucru se va face un dispozitiv ipotetic, prezentat în figura 1 în a treia coloană. Se compune dintr-un cilindru în care pistonul îndeplinește rolul de înregistrare al „material semi-permeabil.“ După ce placa poate trece liber de solvent, dar nu pot trece molecule (ioni) compus dizolvat.

Atașarea unei plăci la presiunea p. Acesta poate fi comprimat cu soluția inițială de volum V 1 V 2 capăt; munca este produs, la fel ca în cazul comprimării gazului este egală.

muncă osmotic în transferul de ioni sau molecule neutre prin membrana

Când se transferă ioni (molecule) are loc prin activitatea osmotică a membranei, dar este calculat oricum, pentru că nu are loc nici o schimbare de volum, dar există o modificare a concentrației și, prin urmare schimbarea presiunii osmotice (vezi. Fig. 6).

Fig. 6. Activitatea osmotică prin transferul de ioni (sau molecule neutre) prin membrana. C 1 și C 2 - concentrarea în soluțiile apoase separate printr-o membrană.

Funcționarea globală a transportului ionic este + 4534.6 = 5789.22 10323.82 kJ per kilomole sau 10,32 kJ per mol.

Unități de energie și de muncă

Mai jos sunt rapoartele dintre diferitele unități ale energiei consumate în diferite cazuri.

Tabelul 3. Raportul unităților de energie în diferite sisteme.

1 joule (J) = erg = 10 iulie 10 iulie 10 iulie din.sm = g.sm 2 .s -2.
1 kilocalorie (kcal) = 3 J 4,1868.10.
1 Electron (eV) = -19 J 1,6022.10.

Adoptat în sistemul internațional de unități de unități SI de energie - Joule - nu foarte descriptiv. Puțin mai bine kilocalorie. Mult mai clar în multe cazuri, o altă unitate de energie - electron-volți.

De exemplu, în problema de mai sus discutat de ioni de transport de energie electrică poate găsi imediat egală cu 0,060 eV, și semnificația acestei valori este de înțeles: este necesară mai multă energie pentru a elimina una dintre ionului de sodiu dintr-o regiune cu potențial de -60mV la 0 potențial mV ca [0mV- (-60mV)] = 60 mV

Potențialul electrochimic al ionilor

Energia unei singure kilomole ioni diferit de energia unuia ion în timp N A (N A - numărul lui Avogadro). Energia totală de moli de ioni în soluție se numește un potențial electrochimie ion. Potențialul electrochimic este lucrarea care trebuie să fie cheltuite pentru:

Pune-un alt ionii de date kilomole în solvent. În funcție de natura solventului, în special polaritatea moleculelor sale, acesta va trebui să-și petreacă necesită diferite cantități de muncă. Această valoare va fi numită afinitate chimică pentru un solvent și ionul notat cu literă grecească m.
Se concentrează soluția la o valorile concentrației molare de C. La aceasta trebuie efectuată, așa cum se arată prin ecuația 7, un loc de muncă:
Pune un mol de ioni în domeniu, cu potențialul existent în soluție (sau chiar în acest mediu, atunci când este vorba, de exemplu, a membranei). Lucrarea, care în același timp, vor fi cheltuite, este indicată prin ecuația 12. Deoarece potențialul inițial (acolo unde transferam mental ionul) se presupune a fi zero. Lucrul mecanic total consumat pentru a crea o astfel de soluție este suma chimică, osmotic (concentrație) și componentele electrice: