Реферат: Ответы по курсу физики

--PAGE_BREAK--№ 5. Физические закономерности движения крови в сосудистой системе. Атеросклероз. Пульсовая волна
Гемодинамика– раздел биофизики, использующий законы гидродинамики для описания движения крови в сердечнососудистой системе. Сечение капилляров в 800 р больше, чем сечение аорты. Скорость в капиллярах в 1000р меньше, чем в аортах. Вся жизнедеятельность человека проходит через капилляры. Аорта и артерия имеют эластичные стенки из коллагенов. Выходя из аорты, кровь движется далее по разветвляющимся элементам кровеносной системы и, попадая в капилляры, выполняет свою основную ф-ю – снабжает кислородом кл тканей и забирают от них продукты метаболизма. Часть кинетической энергии жидкости переходит в потенциальную энергию упругих деформированных стенок, далее пульсация прекращается, клапан закрыт. Но внутренние стенки гонят кровь. Часть потенциальной энергии стенок тратятся на передвижение жидкости, т.е.переходит в кинетическую энергию, а часть переходит в потенциальную энергию соседних деформированных участков трубы. Деформация стенок распространяется вдоль сосуда и образует пульсовую волну. Скорость пульсовой волны — E – модуль Юнга для материала, из которого сделана труба; D и d –её внешний и внутренний диаметр; p – плотность жидкости в трубе. Скорость волны не связана со скорость крови. Скорость пульсовой волны = 10м/с больше скорости крови. Атеросклероз – утолщение или уплотнение стенок артерий, что ведёт к потере эластичности и сужению просвета, а это в свою очередь к нарушению равномерности потока крови, ухудшению снабжения питательных вещ-в кл. т.к.расход крови должен оставаться постоянным, то с уменьшением радиуса сосуда растёт давление, что приводит к гипертонии. В нормальных усл. течение крови ламинарное, оно может переходит в турбилярное при нарушении. Например: сужение сосудов, при не полном открытии или закрытии клапанов сердца, появление сердечных шумов, сильных ударов при прослушивании. При ламинарном течении шумов нат.
№ 6. Сердце как механическая система
Сердце явл. осн. источником энергии обеспечив. движ-е крови в сосуд. системе. Оно переводит хим. энергию, заключённую в молекулах АТФ, ОБРЗУЮЩИХСЯ В СЕРДЕЧНой МЫШЦе, в мех.работу, т.е. представляет собой хемоэлектромехан. насос. 2 половинки связаны кровен. сосудами. Сокращение сердечной мышцы создаёт разность давления в артериальной и венозной системе, благодаря сему возникает дв-е крови. Фаза сокращения сердца наз-ся систолой, фаза ослабления – диастолой. Работа за одно сокращение – работа на преодоление вязкости в сосудистой системе. Е1-Е2 =А, где А — работа сердца, Е1 – энергия аорты, Е2 – энергия вены. Объём крови, выбрасываемый сердцем в минуту наз-ся минутным объёмом кровотока, котор. равен систолическому объёму, умноженному на число сердечных сокращений в минуту. А=V·(ρ1+(ρ·ύ²)/2), ρ – разность между систолическим и диастолическим давлениями, ύ – скорость изгнания крови из сердца, ρ – плотность крови. Скорость и давление в аорте больше чем в вене. В малом круге кровообращения кровь встречает значительно меньшее сопротивление, чем в большом круге, следовательно, скорость большая, а плотность маленькая. Давление в правом желудочке равно 1/5 давления в левом желудочке. А=Аб.кр.+Ам.кр., А=6/5·ρлев.жел.·V+ρ·ύ²·V, ρ=1,05·10³ кг\м³,V=580 мг, ύср=0,5 м\с. ρлев.жел=3990 Па, А=2,93Дж.
№ 7. Колебания. Условия возникновения колебаний. Гармонические колебания и их характеристики. Скорость и ускорение
Колебания – движения или процессы, которые повторяются во времени. Условия возникновения колебаний: 1) наличие устойчивого положения системы, т.е. возникновение возвратной силы при отклонении системы из состояния равновесия. 2) наличие энергии у системы. 3) силы трения должны быть достаточно малы. Гармонические колебания – колебания, при которых колеблющиеся величины (скорость, ускорение) изменяются со временем по закону синуса или косинуса. S=A·cos(ωt+φ). Характеристики: Период колебаний Т – минимальный промежуток времени, через который повторяется колебание. Амплитуда колебаний А – максимальное отклонение тела от положения равновесия. Частота колебаний ύ – число колебаний за единицу времени: ύ=1/T (Гц). Циклическая частота ω – число колебаний за 2π в секунду: ω = 2πύ = 2π/T (Гц). Начальная фаза колебаний – φ.
№ 8. Затухающие, вынужденные колебания. Резонанс. Период математического и пружинного маятников
Затухающие колебания – колебания, которые затухают с течением времени при понижении амплитуды из-за потерь энергии колебательной системы. Благодаря силе трения мех энергия переходит в тепловую энергию. Затухающие и незатухающие колебания происходят под действием внутренних сил, без действия внешней периодической силы и называются свободными. Частота свободных колебаний наз. собственной частотой колебания системы. Вынужденные колебания – колебания тела, возникающие под действием периодически изменяющейся силы. Система совершает колебания с частотой вынужденных колебаний. Резонанс – явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний при совпадении частоты изменения внешней силы, действующей на систему, с частотой собственных колебаний. Он зависит от трения среды (чем трение меньше, тем больше резонанс). Математический маятник – идеализированная система, состоящая из материальной точки m, подвешенной на невесомой нерастяжимой нити, и колеблющаяся под действием силы тяжести. (шарик на нитке). T=2π·корень из l/g(c) – период, l – длина маятника. Пружинный маятник – груз массой m, подвешенный на абсолютно упругой пружине и совершающий гармонические колебания под действием упругой силы.T=2π·корень из m/k(с) – период, k – коэффициент упругости, m – масса груза.

№ 9. Волны в упругой среде. Длина волны. Интенсивность волны. Скорость волны
Волны — колебания, распространяющиеся в пространстве с течением времени. Волновой процесс — процесс распространения колебаний в сплошной среде. Упругие волны — механические возмущения, распространяющиеся в упругой среде. При распространении волны частицы среды не перемещ-ся вместе с волной, а колеблются около своих положений равновесия. Вместе с волной передаётся лишь состояние колебательного движения и его энергия. Поэтому основным свойством всех волн независимо от природы явл-ся перенос энергии без переноса вещества. Различают механические волны, электромагнитные волны и волны на поверхности жидкости. В твёрдых телах, внутри жидкости и газа волны возникают благодаря силам упругости, а на поверхности жидкости – благодаря силе тяжести и силе поверхностного натяжения. Упругие волны бывают поперечные, если колебания совершаются в направлении, перпендикулярном распространению волны. Они возникают в твёрдых телах и на поверхности жидкости благодаря деформации сдвига и продольные если колебания совершаются в направлении распространения волны. Они возникают в твёрдых телах, внутри жидкости и газах благодаря деформации растяжения и сжатия. Длина волны λ (м) — расстояние между ближайшими точками, колеблющимися в одной фазе. За один период волна проходит расстояние, равное одной длине волны. За 1 период волна проходит расстояние, равное одной длине волны. Интенсивность волны — энергия, переносимая через единичную площадь за единицу времени: I=W/St (Дж/м²с). Скорость волны: ύ=λ/T=1/T=ρ/t (м/с).

<shape id="_x0000_s1026" coordsize=«215,272» o:allowincell=«f» path=«m57,1hdc94,6,135,,168,17v15,7,29,37,16,47c159,84,121,75,89,80,84,96,61,115,73,127v24,24,63,21,95,32c184,164,215,175,215,175v-5,16,,41,-15,47c74,272,,211,105,254v11,4,21,11,31,16hae» filled=«f»><img width=«17» height=«20» src=«dopb286565.zip» v:shapes="_x0000_s1026"><line id="_x0000_s1027" from=«362.15pt,-96.15pt» to=«362.15pt,-81.95pt» o:allowincell=«f» strokeweight=«1.5pt»><img width=«3» height=«22» src=«dopb286566.zip» v:shapes="_x0000_s1027">№ 10. Звуковые волны. Звуковое давление. Отражение и поглощение звука
Звук – субъективное ощущение, которое возникает в результате воздействия на слуховой аппарат человека и животного звуковых волн — колебательных движений, распространяющихся в упругой среде. Звук хар-ся высотой, громкостью и тембром. Тон – звуковые колебания, происходящие с определённой частотой и не меняющиеся с течением времени. Обертон – колебания с n-кратной частотой основного тона. Высота звука определ-ся частотой основного тона (чем больше частота, тем выше звук). Громкость звука опр-ся амплитудой колебаний, т.е. интенсивностью звука (чем больше интенсивность, тем звук громче). Тембр – набор спектров частот; опр-ся обертонами; это качество звука, его окраска, которая независимо от основных частот и интенсивности (высоты и громкости) позволяет различать источники звука друг от друга. Звуковое давление – добавочное (избыточное) давление над средним давлением окружающей среды (н-р атмосферным), образующееся в акустической среде. P=Aωρc, где А- амплитудное колебание волны, ω — циклическая частота, ρ — плотность среды, с- скорость распространения звуковой волны в веществе. Отражение звука. При падении звуковой волны на границу раздела двух сред часть её отражается, а часть преломляется и переходит в другую среду. Коэффициент отражения r – отношение интенсивного отражения волны к интенсивной падающей. r = Iотр. / Iпад. Формула Реллея: r = (ρ2c2-ρ1c1 / ρ2c2+ρ1c1)², где с1 и с2- скорости распространения звуковой волны 1-й и 2-й среды, ρ1 и ρ2- плотности 1-й и 2-й среды. Поглощение звука, где I0- интенсивность звука до поглощения, I- интенсивность звука после поглощения, х- толщина поглотителя, δ- коэффициент поглощения, который зависит от вещества поглотителя и частоты падающего звука, е= 2,7, знак «-» показывает на то, что интенсивность убывает.
№ 11. Уровень интенсивности звука. Громкость. Закон Вебера – Фехнера
Органы слуха у чел. и жив. воспринимают аккустич. колебания в опред. диапазоне частот и опред. диапазоне интенсивности. Ухо чел. может воспринимать при частоте 1кГц с интенсивностью не менее 10 в -12 степени Вт/м ^2/. Эта чувствительность соответствует нижнему порогу слышимости. Максимальная интенсивность волны, воспринимаемая субъективно как звук = 10Вт/м^2 и наз. болевым порогом. Уровень интенсивности звука L= (Б) 1дБ=10 Б. Уровень громкости определяет восприятие звука, ур-нь громкостиопределяется Законом Вебера – Фехнера:
К – коэффициент пропорциональности, зависит от частоты и нижнего порога слышимости. Физ. величина интенсивности звука созд у чел субъективное ощущение громкости, которое опред. чувствит. уха к воздействию звуковой волны. Чувствит уха зависит: от физической особенности чел; от частоты; от интенсивности.
№ 12. Шум. Инфразвук и их влияние на живые организмы
Шум- звук, спектральная хар-ка которого явл-ся сплошной (треск, шипение), беспорядочно изменяющийся во времени частоты и амплитуды. Шум вызывает раздражение нервной системы человека и животного, нарушает нормальные физиологические функции их организмов, неблагоприятно влияет на человека и животного. Для нормальной жизнедеятельности шум не должен превышать 30 дБ (децибел). Абсолютное отсутствие шума также приводит к нарушению нервной системы, нарушению слухового аппарата, циркуляции крови, нарушению работы органов внутренней секреции, сердечнососудистой системы. При 70-80 дБ у свиноматок прекращ-ся лактация, а у кур-несушек — снижение сноски яиц. Инфразвук — механические колебания и волны, частоты которых ниже 20- Гц. Он действует на вестибулярный аппарат человека и животного, вызывает колебания некоторых органов (печень, почки) и резонанс приводит к ощущению боли, затруднению дыхания и т.д. Колебания сердца могут привести к разрыву сердечных сосудов (инфаркт).
№ 13. Ультразвук, его биологическое действие и применение в медицине и ветеринарии
Ультразвук - упругие колебания и волны, частоты которых выше 20- кГц. Его применяют в медицине и ветеринарии: 1) диагностика (УЗИ- ультразвуковое исследование). 2) терапия: при лечении суставов, сухожильно-связочного аппарата, мышечных отрофей и т.д. Основной метод лечения – фонофорез — метод введения некоторых лекарственных веществ в организм через кожу с помощью ультразвука. 3) хирургия: для удаления опухоли в мозговой ткани; для рассечения и сварки мягких тканей; для проведения операций в дыхательных органах, в пищеводе без вскрытия грудной клетки; в кровеносных сосудах — для разрушения холлестириновых утолщений; для сварки костей и сверления в них отверстий.
№ 1 Основные положения молекулярно-кинетической теории. Давление газа. Основное ур-ние МКТ. Температура
В основе МКТ лежат 3 положения, каждое из которых доказано на опыте. 1) все вещ-ва состоят из молекул, а молекулы из атомов.2) молекулы нах-ся в состоянии непрерывного хаотического дв-я. 3) молекулы взаимодействуют между собой. Доказательством этих положений служит закон постоянных отношений, Броуновское дв-е, диффузия, наличие межмолекулярных сил и агрегатное сост-е вещ-в. В МКТ идеальным газом наз-ся газ, который состоит из молекул, взаимодействие между которыми мало и его можно не учитывать. Реальные газы ведут себя подобно идеальному при больших разрежениях, т.е.когда расстояние между молекулами много больше размеров самих молекул. В простейших моделях газа молекулы рассматриваются как материальная точка. Движение отдельных молекул подчиняется закону Ньютона, но в целом разряжённый газ законам классической механики не подчиняется. Газ, заключённый в сосуд, оказывает давление на стенки сосуда, за счёт ударов молекул о стенки. Давление газа пропорционально концентрации молекул n и сред. кинетической энергии Wк поступательного движения молекул. Основное ур-ние МКТ — Клаузиуса: р = 2/3·n·Wк. Температура – величина, характеризующая направление теплообмена. Для измерения её используют шкалу Цельсия и шкалу Кельвина. Шкала Кельвина отличается от шкалы Цельсия физической сущностью и началом отсчёта, т.е. прибавляется 273º к температуре Цельсия.
№ 2 Газовые законы. Ур-ние состояния идеального газа, Клапейрона — Менделеева
Газовые законы: 1) Закон Бойля-Мариотта: для данной массы газа при постоянной температуре произведение газа на его объём есть величина постоянная: pV=const при T=const и m=const (процесс изотермальный). 2) Закон Гей-Люссака: а) объём данной массы газа при постоянном давлении изменяется линейно с температурой: V=V0(1+αt) при p=const и m=const (процесс изобарный), б) давление данной массы газа при постоянном объёме изменяется линейно с температурой: p=p0(1+αt) при V=const и m=const (процесс изохорный). 3) Закон Авогадро: моли любых газов при одинаковых температуре и давлении занимают одинаковые объёмы: Nа=6,02·10²³ моль-¹ — постоянная Авогадро. При нормальных условиях V=22,4·10-³ м³/моль. 4) Закон Дальтона: давление смеси идеальных газов равно сумме порциальных давлений входящих в неё газов: p=p1+p2+...+pn. Идеальный газ – газ, при котором выполняются требования: 1) собственный объём молекул газа пренебрежимо мал по сравнению с объёмом сосуда, 2) между молекулами газа отсутствуют силы взаимодействия, 3) столкновения молекул газа между собой и со стенками сосуда абсолютно упругие. Состояние идеального газа определяется параметрами: давление, объём, температура. Ур-ние состояния идеального газа: р = 2/3·n·Wк, Wк=3/2·KT (ур-ние Больцмана), К=1,38·10-²³ — постоянная Больцмана. Ур-ние Клапейрона – Менделеева: PV=m/M·RT, где P- давление, V- объём, m- масса, M, молярная масса, R- газовая постоянная, T- температура.
№ 3 Явление переноса. Диффузия. Теплопроводность. Вязкость
Явление переноса – особые необратимые процессы в неравновесных системах, в результате которых происходит перенос энергии (теплопроводность), массы (диффузия), импульса (вязкость). Диффузия – самопроизвольное проникновение и перемешивание частиц двух соприкасающихся газов, жидкостей, твёрдых тел. Диффузия сводится к обмену масс частиц этих тел, возникает и продолжается пока существует градиент плотности. Явление диффузии для химически однородного газа подчиняется закону Фика: jm= -D·(dρ/dx), где jm- плотность потока массы, D- коэффициент диффузии, dρ/dx – градиент плотности, «-» значит, что перенос массы происходит в направлении убывания плотности. Теплопроводность – процесс распространения теплоты от более нагретых частей системы к менее нагретым, не сопровождающийся переносом массы вещества или излучением энергии в виде электромагнитных волн. Передача теплоты путём теплопроводности описывают законом Фурье: кол-во теплоты ΔQ, переносимое через поверхность S, перпендикулярно направлению оси OX, вдоль которого убывает температура, пропорционально площади этой поверхности, времени переноса Δt и градиенту температуры ΔT/Δx: ΔQ= — ЛS· (ΔT/Δx)· Δt. «-» значит, что при теплопроводности энергия переносится в направлении убывания температуры. Вязкость – механизм возникновения внутреннего трения между параллельными слоями газа, жидкости, движущимися с различными скоростями, заключается в том, что из-за хаотического теплового движения происходит обмен молекулами между слоями, в результате чего импульс слоя, движущегося быстрее уменьшается, движущегося медленнее – увеличивается, что приводит к торможению слоя, движущегося быстрее, и ускорению слоя, движущегося медленнее. jp= -ή·(dύ/dx), где jp- плотность потока импульса, dύ/dx – градиент скорости, ή – динамическая вязкость. «-» значит, что импульс переносится в направлении убывания скорости.
    продолжение
--PAGE_BREAK--№ 4 Влажность воздуха. Абсолютная и относительная влажность. Методы измерения влажности
Влажность воздуха – содержание водяного пара в воздухе. Абсолютная влажность – кол-во водяного пара в единице воздуха: а = mH2O / V (кг/м³), PV=(m/M)·RT:V, p=Q·(RT/M)=(m/V)·RT/M. Абсолютная влажность – порциальное давление водяного пара при данной температуре. Относительная влажность – отношение абсолютной влажности, содержащейся в воздухе при данной температуре, к тому кол-ву пара, которое необходимо для насыщения этого воздуха. B=a/a0·100%. Относительную влажность определяют с помощью гигрометра и психометра.
№ 5 Термодинамика. Равновесное состояние. Обратимые и необратимые процессы. Внутренняя энергия термодинамической системы
Термодинамика – раздел физики, в котором изучаются закономерности тепловой формы движения материи и связанных с ней физических явлений. Термодинамическая система – совокупность макроскопических тел, которые могут обмениваться между собой и внешней средой веществом и энергией. Если такой обмен существует только между телами, образующими систему, то система наз-ся изолированной. При наличии обмена с внешней средой говорят об открытой системе. Равновесное состояние (термодинамическое равновесие) – состояние системы, в которое она самопроизвольно приходит через большой промежуток времени при условии, что эта система изолирована от окружающей среды. Релаксация – процесс установления термодинамического равновесия. Термодинамический процесс – переход системы из одного равновесного состояния в другое в результате её взаимодействия с внешними телами. Обратимый процесс – процесс, который может протекать в прямом и обратном направлениях, причём так, что система возвращается в исходное состояние без того, чтобы в окружающих телах происходили какие-либо изменения, а возвращение проходит через ту же последовательность промежуточных состояний, что в прямом процессе, но в обратном порядке. Необратимый процесс – процесс, при котором энергия, хотя бы частично, превращается в теплоту, т.к. часть энергии, перешедшая в теплоту при прямом процессе, не может вернуться в систему самопроизвольно при обратном процессе. Внутренняя энергия (U) – суммарная кинетическая и потенциальная энергия взаимодействия всех частиц системы. В идеальных газах изменение внутренней энергии связано с изменением температуры, которая определяется изменением средней кинетической энергии хаотического движения частиц системы.
№ 6 Кол-во теплоты. Теплоёмкость (ур-ние Майера)
Кол-во теплоты – часть внутренней энергии, переданной системой (или системе) в процессе теплообмена:Q=ΔU+A. Кол-во теплоты считают положительным, если теплота передаётся от внешних тел к системе. Приведённое кол-во теплоты — отношение кол-ва теплоты, полученного или отданного системой, к температуре, при которой происходит теплообмен (Q/T). Удельная теплоёмкость – кол-во теплоты, необходимое для нагревания единицы массы вещества на 1 К (1ºС): С=Q/(m·ΔT) (Дж/кг·К). Она зависит от рода вещ-ва и от условий процесса. Молярная теплоёмкость – кол-во теплоты, необходимое для нагревания одного моля на один кулон: См = Q/(ύ·ΔT) = Q/((m/M)·ΔT) (Дж/М·К), См = С·М.Ур-ние Майера: Cp=Cv+R, где Cp- молярная теплоёмкость газа при постоянном давлении, Cv- теплоёмкость газа при постоянном объёме, R- молярная газовая постоянная.
№ 7 Работа при изменении объёма. Первое начало термодинамики. Применение к изохорному и изобарному процессу
Полная работа, совершаемая газом при изменении его объёма, находится по формуле: А = интеграл по V1 до V2 от p·dV. Она справедлива для всех изменений объёма твёрдых, жидких и газообразных тел. Первое начало термодинамики (закон сохранения энергии): кол-во теплоты, переданное системе, идёт на изменение внутренней энергии и на работу против внешних сил. Q=ΔU+A, где ΔU- кинетическая энергия молекул, А- работа, Q- теплоты, переданное системе. Изохорный процесс: V=const, А=0, Q= ΔU=Cvm·(m/M)·ΔT.
Изобарный процесс: p=const, Q= Cpm·(m/M)·ΔT, ΔU=Cvm·(m/M)·ΔT, А=p·ΔV, Q= ΔU+A.
№ 8 Применение первого начала термодинамики к изотермическому и адиабатному процессу. Закон Пуассона
Изотермический процесс: T=const, ΔU=0, A=Q=m/M·RT·ln(V2/V1)= m/M·RT·ln(p1/p2).
Адиабатный процесс – процесс, при котором отсутствует теплообмен между системой и окружающей средой: Q=const, A= -ΔU= Cvm·(m/M)·ΔT.
Ур-ние Пуассона: pV =const, γ- коэффициент Пуассона, γ= Cp/Cv=(i+2)/i.
№ 9 Теплопродукция организмов. Удельная теплопродукция
Живой организм выделяет теплоту в окружающую среду за счёт энергии, полученной от продуктов питания или от фотосинтеза, а также выполняет различные виды работы: 1) химическая работа – синтез высокомолекулярных вещ-в (белки) из низкомолекулярных (жиры, углеводы). 2) механическая работа – выполняется мышцами при их сокращении и затрачивается на перемещение всего тела или его отдельных органов против внешних механических сил. 3) электрическая работа – генерирование биопотенциалов, при возбуждении в нервных клетках. 4) осмотическая работа – транспорт вещ-в через клеточную мембрану против направления градиента концентрации этих вещ-в. 5) работа по оптическому высвечиванию – свечение организмов, некоторые из которых могут светиться довольно значительно (светляки). Энергия, образующаяся при окислении продуктов питания, выделяется в виде теплоты и делится на первичную (выделяется сразу после окисления) и вторичную (в результате мышечной деятельности).
№ 10 Терморегуляция в живом организме. Особенности живого организма как термодинамической системы. Тепловой баланс организма. Первое начало термодинамики для живого организма
Существует 4 механизма, определяющих тепловое равновесие в организме. Это явления теплопроводности, конвекции, теплового излучения и испарения.Теплопроводность – процесс распространения теплоты от более нагретых частей системы к менее нагретым, не сопровождающийся переносом массы вещества или излучением энергии в виде электромагнитных волн. Передача теплоты путём теплопроводности описывают законом Фурье: кол-во теплоты ΔQ, переносимое через поверхность S, перпендикулярно направлению оси OX, вдоль которого убывает температура, пропорционально площади этой поверхности, времени переноса Δt и градиенту температуры ΔT/Δx: ΔQ= — ЛS· (ΔT/Δx)· Δt. «-» значит, что при теплопроводности энергия переносится в направлении убывания температуры. Интенсивность теплового потока кол-ва теплоты, переносимая в единицу времени через единицу площади поверхности, перпендикулярна к этой поверхности. Jt = -Л· (ΔT/Δx), ΔT/Δx- градиент температуры, Л- коэффициент теплопроводности. Конвекция – передача теплоты в жидких и газообразных телах путём перемешивания нагретых и холодных слоёв, связанная с перемешиванием массы вещ-ва. Она происходит только в направлении уменьшения температуры. Интенсивность теплового потока, передаваемого от нагретой поверхности к окружающей среде, при установившемся процессе пропорциональна разности между температурой поверхности и средней температурой среды: Jk=α·(Tn – Tc), α- коэффициент теплопередачи. Тепловое излучение – атомы и молекулы любого тела излучают электромагнитные волны, уносящие с собой часть внутренней энергии тела. Интенсивность излучения повышается при увеличении внутренней энергии и температуры тела. Jиз = έσ( Тк²² — Тв²² ), где Тк- температура кожи, Тв- температура воздуха, έ- поправочный коэффициент, σ- постоянная Стефона= 5,6·10-²²²². Испарение — количество теплоты, выделяемой организмом. Потери тепла, связанные с испарением, зависят: от активности физиологических процессов, от температуры, от её влажности. Особенности живого организма как термодинамической системы: поддержание постоянной температуры тела у высших животных связано с наличием у них центра терморегуляции. Температурными датчиками системы терморегуляции служат рецепторы, находящиеся в коже и слизистых оболочках. В рецепторах возникает раздражение, вызываемое повышением или понижением температуры, которое сигнализирует в ЦНС о направлении и интенсивности теплового потока. Кожа принимает основное участие в теплообмене. Под действием тепла усиливается потоотделение, которое способствует повышению теплоотдачи, а также выведению из организма вредных продуктов метаболизма. Тепловой баланс организма: т.к. внешние условия, а также физиологические процессы могут меняться в определенных пределах, то для поддержания стационарного температурного состояния живые организмы в ходе эволюции выработали определенные механизмы, которые могут немного понижать или повышать температуру, увеличивая или уменьшая теплообмен с внешней средой. Так, при охлаждении животного в его клетках увеличивается скорость гидролиза АТФ и в мышцы поступает дополнительная энергия. У животных взъерошиваются волосы, между волосами увеличивается воздушная прослойка, что приводит к уменьшению обмена теплотой между животным и средой. При повышении температуры среды в организме возникают процессы, приводящие в действие термопонижающие центры, в результате чего происходит расширение кровеносных сосудов, увеличение потоотделения, учащение дыхания.
№ 11 Энтропия. Свойства энтропии. Второе начало термодинамики и его применение в биологии
Для характеристики состояния термодинамической системы Клаузиус ввёл понятие энтропии меры беспорядка состояния системы. Энтропия – мера необратимого рассеяния энергии и представляет собой ф-ю состояния термодинамической системы. dS=dQ/T, (S)=Дж/к. Свойства энтропий:1) энтропия – величина аддитивная, т.е. энтропия системы равна сумме энтропий отдельных элементов.2) если в изолированной системе происходит обратимые процессы, то её энтропия остаётся неизменной.3) если в изолированной системе происходит необратимые процессы, то её энтропия возрастает.4) энтропия изолированной системы не может уменьшаться. Второе начало термодинамики говорит о том, что в изолированной системе процессы протекают в направлении возрастания системы. Живой организм не может быть изолирован от окружающей среды, т.к. он поглощает кислород, воду и питательные вещ-ва. Если изолировать организм, т.е. лишить его пищи и кислорода, то это смерть. Существование биологических изолированных систем невозможно. Они могут быть только открытыми, т.е. системами, в которых обмениваются с окружающей средой энергией и вещ-вом. Организмы, в процессе своего развития, непрерывно, за счёт обмена вещ-в, создаёт из менее упорядоченных систем более упорядоченные – энтропия уменьшается – это не противоречит второму началу термодинамики, т.к. он сформулирован для изолированной системы. Полное изменение энтропии: ΔS=ΔSi+ΔSe, ΔSi- изменение энтропии, связанное с необратимыми процессами в организме, ΔSe- изменение энтропии вследствие взаимодействия с окружающей средой. ΔSi>0, т.к. связано с выделением тепла организмом. ΔSe>0, то высокомолекулярное соединение разрушается, смерть. ΔSi= -ΔSe.
№ 12 Применение второго начала термодинамики к тепловым двигателям. КПД теплового двигателя.
Тепловой двигатель представляет собой систему, работающую за счет внешних источников тепла, которая периодически повторяет тот или иной термодинамический цикл и преобразует теплоту в механическую работу. Тепловой двигатель состоит из нагревателя, сообщающего ему количество теплоты Q1, рабочего тела и охладителя, в который отводится количество теплоты Q2. Работа, совершаемая двигателем, равна А= Q1+Q2. Из второго начала термодинамики следует, что невозможен процесс, единственным результатом которого было бы превращение всей теплоты, полученной нагревателем, в эквивалентную ей работу. Поэтому не может существовать теплового двигателя, в котором часть тепла не отводилась бы в охладитель. Коэффициентом полезного действия теплового двигателя называют величину ή=(Q1-Q2)/Q1. Поскольку Q2 не может быть равно нулю, то КПД теплового двигателя всегда меньше единицы. Это утверждение может служить одной из формулировок второго начала термодинамики. Живые организмы — это своеобразные тепло вые двигатели, получающие теплоту в результате происходящих в них экзотермических реакций, в которых участвуют биологические макромолекулы. Как и любой тепловой двигатель, живой организм выделяет теплоту и совершает работу. Особое значение в термодинамике имеет тепловой двигатель, работающий по циклу Карно, который состоит из последовательно чередующихся двух изотермических и двух адиабатических процессов. Рабочее тело (идеальный газ) совершает работу за счет теплоты, подводимой к нему в изотермическом процессе; при обратном изотермическом процессе часть теплоты уходит от рабочего тела. КПД такого двигателя: ήм=(T1-T2)/T1, где Т1 и Т2 — температуры нагревателя и охладителя. КПД цикла Карно является максимальны значением для КПД любого реального двигателя, работающего в тех же условиях.
1. Магнитное взаимодействие токов. Магнитное поле. Силы Ампера и Лоренца
Магнитное поле — форма сущ-ния материи. Порождается движущ-ся зарядами, токами, обнаруживается под действием на другие движ-ся заряды, токи. Сущ-ет реально, не зависит от нас материально. Магнитное взаимодействие- взаимодействие между проводниками с токами, т.е. взаимодействие между движущ-ся зарядами. Магнитное поле хар-ся индукцией магнитного поля B (Тл), напряженностью H (А/м). B=М·М0·Н. Магнитное поле- вихревое, т.к. силовые линии замкнутые, охватывают проводник с током, расположены в плоскости перпендикулярно проводнику с током. Направление силовых линий опр-ся по правилу правого винта: если поступательное движ-е правого винта направить по направлению тока, то направление вращения ручки винта покажет направление силовых линий магнитного поля. Вектор В и Н расположены по касательной линии в любой точке силовой линии. Направление В и Н опр-ся по правилу правого винта. Сила Ампера — F=B·I·l·sinα, α=(B^l). Направление силы Ампера опр-ся по правилу левой руки: если лев руку расположить так, чтобы силовые линии входили в ладонь, 4 пальца показывали направление тока, тогда отогнутый на 90º большой палец покажет направление силы Ампера. Сила Лоренца- сила, с которой магнитное поле действует на движ-ся заряд, влетевший в магнитное поле (положительного заряда). Если заряд отрицательный, то сила Лоренца направлена в противоположную сторону. Направление силы Лоренца опр-ся правилом левой руки. F= B·q·ύ
2. Закон Био-Савара-Лапласа. Индукция и напряженность прямого тока, кругового тока соленоида
Закон Био-Савара-Лапласа: dH=(Idlsinα)/(4πr²) (А/м). dB=(MM0Idlsinα)/(4πr²) (Тл).
Магнитное поле прямого тока текущему проводнику бесконечной длины: H=I / 4πr. B=MM0I / 2πr
Магнитное поле в центре кругового проводника с током: H=I/2R. B=MM0I/2R.
Магнитное поле соленоида бесконечной длины: H=IN/l. B=MM0(IN/l)=MM0In, где n- число витков на единицу длины, N- общее число витков в катушке, l- длина катушки.
3. Рамка с током в магнитном поле
Fa=B·I·l·sinα. На сторону b сила Ампера не действует, т.к. угол α=0, а на сторону а действует, которая равна Fa=B·I·а. На рамку начинает действовать механический момент, который равен Ммех=>Fb=Biab=BIl. Pмагн=IS. Ммех=BPмагн => B=Ммех / Pмагн. Магнит стремится повернуть контур так, чтобы его магнитный момент установился по направлению поля B. Если в данную точку него помещать рамки с разными магнитными моментами, то на них будут действовать разные механические моменты.
4. Магнитное поле в веществе
H- магнитная проницаемость (восприимчивость вещ-ва), котор завис от вещ-ва и его состояния: B=HBвнешн+Bв-ва=Bвнешн(1+H), (1+Н)=М. В зависимости от М и Н все вещ-ва дел-ся: 1) Парамагнетики (калий, кальций, натрий): Н и М > 1 – вещ-во намагничивается по внешнему полю. 2) Диамагнетики (медь, углерод, вода): Н и М < 1 – намагничиваются, против внешнего поля и ослабляют его. 3) Ферромагнетики: Н и М >> 1, есть домены – области самопроизвольного намагничивания. Индукция зависит от магнитных свойств вещ-ва, а напряжённость не зависит. М=3: B=MM0H=3M0H=3β0
5. Магнитный поток. Явление электромагнитной индукции. ЭДС индукции. Правило Ленца
Магнитный поток – поток вектора магнитной индукции. Явление электромагнитной индукции — явление возникновения электрич тока в замкнутой катушке (контуре) при изменении магнитного потока. Возникающий в контуре ток наз-ся индукционным. Ei = — Δp/Δt = — dp/dt. «-» значит, что индукционный ток возникает такого направления, что его магнитное поле направлено против изменения внешнего магнитного поля. Индукционный ток направлен всегда против причины, его вызывающей. (Правило Ленца). ЭДС индукции – возникновение индукционного тока в цепи. Она пропорциональна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего этот контур (закон Фарадея).
    продолжение
--PAGE_BREAK--