Bioloji proseslərin insanlara təsiri Abdullayev Kamran Vüqar oğlstrreplN

Bioloji proseslərin insanlara təsiri


Abdullayev Kamran Vüqar oğlu


P L A N
1.Bioloji proseslərin termodinamikası
2.Biologiya ilə əlaqədar termodinamikanın qanunları


Bioloji proseslərin termodinamikası
Materiyanın istilik hərəkət formasının qanunauyğunluqlarını və onunla bağlı fiziki hadisələri öyrənən bölməyə termodinamika deyilir. Bu elm XIX əsrin əvvəlində, praktiki olaraq əlverişli istilik mühərrikləri hazırlandıqdan, enerjinin bu maşınlarda çevrilməsinin öyrənilməsi və bu maşınların faydalı iş əmsalının artırılması üsullarının tapılması təlabatı yarandıqdan sonra formalaşmışdır. Enerjinin istilik və başqa formalarının qarşılıqlı çevrilməsinin öyrənilməsi termodinamikada aparıcı mövqedə dayanır. Lakin hazırda termodinamika həddən artıq geniş suallar dairəsini tədqiq edir. Onun qanunları o dərəcədə ümumiləşmiş xassələrə malikdir ki, onları qazların, mayelərin və bərk cisimlərin, kimyəvi reaksiyaların, elektrik və maqnit hadisələrinin xassələrinin öyrənilməsində tətbiq edilə bilir. Bu qanunlar həm də kosmik fizikada, atom fizikasında və biologiyada tətbiq olunur.
Ö z aralarında və xarici mühitlə maddə və enerji mübadiləsi edə bilən makroskopik cisimlər toplusu termodinamik sistem adlanır. Əgər bu mübadilə yalnız sistemi təşkil edən cisimlər arasında gedirsə, bu sistem izolə edilmiş adlanır. Xarici mühitlə maddələr mübadiləsi olduqda açıq sistem haqqında danışmaq olur. İstənilən bitki yaxud heyvan mənşəli canlı orqanizmlər açıq termodinamik sistem kimi götürülür. Sistemin halını, ölçülə bilən makroskopik fiziki kəmiyyətlət toplusu müəyyyən edir. Bu mühüm parametrlərə V həcmi (yaxud xüsusi həcm), T temperaturu, P təzyiqi, elecə də elektrik polyarlaşması, maqnitlənmə və s. aiddir. Halın aşağıdakı ekstensiv parametrləri fərqləndirilir: sistemin kütləsi ilə mütənasib olanlar (daxili enerji, entropiya) və kütlədən asılı olmayan intensiv (təzyiq,temperatur, maqnit induksiyası) parametrlər. Sistemin xarici cisimlərlə qarşılıqlı təsiri zamanı onun parametrləri dəyişir. Termodinamik tarazlıq halında həcm, temperatur və təzyiq kimi parametrlərini əlaqələndirən tənlik sistemin halının termik tənliyi adlanır. Hal tənliyinin ümumi forması:şəkilndədir.

Tarazlıq halı (yaxud termodinamik tarazlıq) sistemin ele halına deyilir ki, ətraf mühitdə izolə olunma şəraitində, kifayət qədər böyük zaman fasiləsindən sonra sistem özbaşına keçmiş olsun.

Sistemin tarazlıq halında enerjinin səpilməsi ilə əlaqəli bütün dönməyən proseslər (istilikkeçirmə,diffuziya, kimyəvi reaksiya və s.) daytanır. Tarazlıq halında sistemin parametrləri zamandan asılı olaraq dəyişmir. Termodinamik tarazlıq halının qərarlaşması prosesi relaksasiya adlanır. Tarazlıq vəziyyətini koordinat oxları və s. olan qrafiklərdə nöqtə ilə təsvir etmək mümkündür.
Silindirdəki qazın sürətlə sıxılması zamanı onun halı qeyri sistemin tarazlıq halına misal göstərə bilərik. Biləvasitə porşenin altında olan qazın təzyiqi, sistemin digər nöqtələrindəkindən çox olur. Bu halı qrafikdə nöqtə ilə göstərmək olmur, ona görə ki, sistemin müxtəlif nöqtələrində qazın təzyiqi müxtəlifdir. Xarici təsir olmadıqca izolə edilmiş sistem özbaşına tarazlıq halından çıxa bilmir.
Sistemin xarici cisimlərlə qarşılıqlı təsiri nəticəsində bir tarazlıq halından digərinə keçməsi prosesinə termodinamik proses deyilir. Hər bir proses tarazlığın pozulması ilə əlaqədardır, lakin əgər sistemin parametrləri elə kiçik sürətlə dəyişərsə ki, ixtiyari seçilmiş zaman intervalında onlar praktik olaraq sabit olsun, onda prosesi bir-birinin ardınca baş verən tarazlıq halları hesab etmək olar. Belə proseslər tarazlıq prosesləri adlanır. Qrafikdə tarazlıq halına uyğun gələn nöqtə koordinat müstəvisində hərəkət etdiyi xətt bu prosesin qrafiki olaraq götürülür. Qeyri tarazlıq prosesini qrafik təsvir etmək mümkün deyil. Real proseslər tarazlıqda davam edə bilmir, lakin onun başvermə sürəti azaldıqca o, tarazlıq prosesinə bir o qədər yaxınlaşır.
Əgər proses, düzünə və əks istiqamətdə olmaqla elə baş verərsə ki, o həm başlanğıc vəziyyətə ətrafdakı cisimlərdə heç bir dəyişiklik yaratmadan və həm də düz istiqamətdə baş verən aralıq halların keçid ardıcıllığı, əks istiqamətdəki keçidlərdən yalnız ardıcıllığına görə fərqlənərsə, belə proses dönən adlanır. Əgər verilən prosesə tarazlıq hallarının kəsilməz ardıcıllığı kimi baxmaq olarsa, başqa sözlə o, elə yavaş sürətlə baş versə ki, verilmiş termodinamik halın relaksasiya müddəti ilə müqayisədə kiçik olarsa belə proses dönəndir. Təbiətdəki real proseslər sonlu sürətlə baş verir, buna görə də onlar dönməyəndir və enerjinin səpilməsi ilə davam edir. Enerjisinin heç olmazsa bir hissəsi istiliyə çevrilən istənilən proses, dönməyəndir. Ona görə ki, düzünə prosesdə sistemə qayıda bilməz.
Əks halda bu termodinamikanın ikinci qanunu ilə ziddiyyətə gətirərdi. Beləliklə əgər sürtünmə qüvvəsi olmasa idi, istənilən mexaniki proseslər dönən olardı. Dönməyən proseslər öz başına olaraq yalnız bir istiqamətdə gedə bilər; misal üçün, diffuziya, istilikkeçirmə və s. proseslər. Daxili (U) enerjisi sistemin bütün hissəciklərinin qarşılıqlı potensial və yekun kinetic enerjilərin cəmindən ibarətdir. Termodinamikada daxili enerjinin öz qiyməti deyil, sistemin halının dəyişməsi zamanı onun ΔU dəyişməsi maraq doğurur. İdeal qazlarda daxili enerjinin dəyişməsi, temperaturun dəyişməsi ilə əlaqəlidir o, isə öz növbəsində sistemin hissəciklərinin xaotik hərəkətinin orta kinetik enerjisinin dəyişməsi ilə təyin edilir. Real qazlarda, mayelərdə və eləcə də bərk cisimlərdə daxili enerji molekullararası və molekul daxili qarşılıqlı təsir enerjisindən təşkil olunmuşdur.
Sistemin (yaxud sistemə) istilik mübadiləsi prosesində ötürdüyü (Q) daxili enerji hissəsinə istilik miqdarı deyirlər. Əgər istilik miqdarı xarici cisimlərdən sistemə ötürülürsə onu müsbət hesab edirlər. Sistemin aldığı və yaxud verdiyi Q istilik miqdarının, bu mübadilənin baş verdiyi T temperaturuna olan ( ⁄ nisbətinə gətirilmiş istilik miqdarı deyilir.
Entropiya (S) enerjinin dönməyən yayılma (səpilmə) ölçüsü olub, termodinamik sistemin halının funksiyasıdır. Proseslərin tədqiq edilməsi üçün entropiyanın özü yox, (ΔS) dəyişməsi daha əhəmiyyətlidir. Riyazi olaraq entropiya differensial şəkildə sonsuz kiçik gətirilmiş kəmiyyət kimi ds=dQ/T təyin edilir.
İzotermik prosesdə entropiyanın dəyişməsi, bu prosesdə sistemə verilən dQ istilik miqdarının mütləq Temperatura olan nisbətinə bərabərdir:
S=dQ/T
Dönən proseslər üçün entropiya sabit qalır, dönməyən proseslərdə isə entropiya artır. Beləliklə, istənilən proses üçün kimi yaza bilərik. Bu bərabərsizlik (klauzius bərabərsizliyi) entropiyanın azalmaması qanunu adlanır və təsdiq edir ki, izolə edilmiş sistemlərdə entropiya heç bir prosesdə azala bilməz. Sistemin (F) sərbəst enerjisi, daxili enerjinin elə hissəsidir ki, sistem izotermik, dönən prosesdə bu enerjinin hesabına iş görə bilir. Sərbəst enerji kimi təyin edilir. Burada TS bəzən qeyri sərbəst (bağlı) enerji də adlandırırlar. Sistem tarazlıq halına çatdıqda, sərbəst enerji minimal, entropiya isə maksimal olur.
Hal funksiyası, termodinamik sistemin tarazlıq halını müəyyən edən, asılı olmayan parametrlərin funksiyasıdır. Bu funksiyanın verilmiş tarazlıq halındakı qiyməti, sistemin bu hala gəldiyi yoldan asılı deyil. Bu hal funksiyalarına aşağıdakıları aid etmək olar: məsələn, iş və istilik miqdarı hal funksiyası olmadığı halda daxili enerji və entropiya hal funksiyası kimi qəbul edilir, belə ki, onların qiymətləri, sistemin öz halını dəyişməsinə səbəb olan prosesin xarakteri ilə təyin edilir. İzolə edilmiş sistemin başlanğıc halının necə olmasından asılı olmayaraq, nəhayət termodinamik tarazlıq halı qərarlaşır ki, bu tarazlıq halında bütün makroskopik proseslər dayanır və bütün cisimlər sistemi üçün eyni olan temperatur qərarlaşır. Termodinamikanın birinci başlanğıcı əsas mahiyyəti istilik prosesləri olan sistemlər üçün enerjinin saxlanma qanunudur. Mənası ondan ibarətdir ki, sistemə verilən istilik (Q) onun daxili enerjisinin (ΔU) dəyişməsinə və sistem tərəfindən xarici qüvvələrə qarşı görülən (A) işə sərf olunur:
Qeyd etmək lazımdır ki, termodinamikanın birinci başlanğıcı işin və istiliyin ekvivalentliyini qərarlaşdırır. Əgər sistem tsikl icra edərək, eyni başlanğıc enerjili (ΔU=0) hala qayıdarsa, onda (1) ifadəsinə əsasən Q=A olduğu görünür. Beləliklə sistemin gördüyü iş, yalnız ona verilən istilik miqdarı hesabına görülə bilər. Bu o deməkdir ki, elə bir mexanizm hazırlamaq olmaz ki, alınan istilik miqdarına uyğun gəldiyindən artıq iş görə bilsin (belə mexanizmi şərti olaraq “birinci növ daimi mühərrik” adlandırırlar). Termodinamikanın birinci başlanğıcı təsdiq edir ki, birinci növ daimi mühərrik mhazırlamaq mümkün deyil.
Termodinamikanın ikinci başlanğıcı makroskopik proseslərin dönməyən olmasını müəyyənləşdirir. Bu başlanğıcın birinci tərəfi 1850-ci ildə Klaurius tərəfindən verilmişdir: istiliyin özbaşına nisbətən soyuq cisimdən daha isti cismə keçməsi ilə baş verən proses mümkün deyil. Bu və bir sıra başqa təriflər ikinci başlanğıcı tam əhatə edə bilmir. Bunun daha ümumi mənası ondan ibarətdir ki, izolə edilmiş, dönməyən prosesinentropiyası, sistemin tarazlıq halında maksimuma çatana qədər artır. Əgər termodinamikanın ikinci başlanğıcı düzgün olmasa idi,onda nisbətən az temperaturlu cisimdən istilik alaraq, (məs.okean sularını bir az soyutmaqla) istifadə edə bilərdik. Okean sularının cəmi 0,01 K soyutmaq hesabına alınacaq enerji, bəşəriyyətə yüz illərlə kifayət edə bilərdi. Lakin bu prosesi həyata keçirə biləcək belə mexanizmi (onu “ikinci növ daimi mühərrik” adlandırırlar)hazırlamaq mümkün deyil.
Termodinamikanın ikinci başlanğıcının əsas mənası ondan ibarətdir ki, istilik və iş enerji ötürmənin eyni əhəmiyyətli forması deyil. İş görərək bir sistemin enerjisini biləvasitə onun istənilən formasında artıra bilərik (məsələn, maqnit sahəsində naqilin hərəkəti zamanı mexaniki enerji induksiya cərəyanının elektrik enerjisinə çevrilir). İstilik isə onun digər aralıq növlərinə çevrilmədən, biləvasitə cismin qızmasına sərf oluna bilər, başqa sözlə sistemin daxili enerjisinin artırılmasına sərf olunur. Əks proses yəni özbaşına (yəni əlavə iş görmədən) sistemin daxili enerjisinin, mexaniki yaxud elektrik enrjisinə çevrilməsi mümkün deyil. Ona görə də təbiətdəki bütün proseslər yalnız bütün enerji növlərinin istiliyə, cismin daxili enerjisinə çevrilməsi istiqamətində davam edir, əksinə baş verə bilmir, başqa sözlə real proseslər yalnız dönməyən ola bilir. İstilik mühərriki, periodik olaraq istiliyin mexaniki işə çevrilməsi ilə bu və yaxud digər termodinamik tsikli təkrar etməklə, xarici istilik mənbəyi hesabına iş görən sistemdir. İstilik mühərriki, ona istilik miqdarı verən qızdırıcıdan və işçi cismindən ibarətdir. Mühərrikin gördüyü iş kimidir.
Termodinamikanın ikinci başlanğıcından alınır ki, yeganə nəticəsi qızdırıcıdan aldığı bütün istiliyn ona ekvivalent işə çevrilməsi olan proses mümkün deyil. Buna görə də elə bir istilik mühərriki mövcud ola bilməz ki, soyuducuya -istiliyini ötürmədən iş görsün. Q2-istiliyinin sıfra bərabər ola bilməməsinə görə (2) düsturuna əsasən istilik mühərrikinin f.i.ə.-lı həmişə vahiddən kiçikdir (η<1). Bu fikir də termodinamikanın ikinci başlanğıcının ifadələrindən biridir.