- •Оглавление
- •Введение.
- •Семинар №1 статистические методы обработки опытных данных
- •Вопросы для самоподготовки:
- •Мотивация цели
- •Подготовка к семинарскому занятию
- •Теоретические сведения
- •Основные понятия и формулы.
- •II. Основы теории ошибок и методы её практического применения для обработки экспериментальных данных
- •Абсолютная и относительная погрешности (ошибки).
- •Законы распределения случайных величин.
- •III. Расчет погрешности прямых измерений и доверительного интервала методом, основанным на определении средней квадратичной погрешности.
- •IV. Расчет погрешностей косвенных измерений.
- •3.Вычисляем абсолютные погрешности для каждого значения объёма:
- •V. Точность измерительных приборов.
- •VI. Графический метод представления результатов измерений.
- •VII. Упрощенный метод обработки результатов прямых измерений с использованием средней абсолютной погрешности.
- •Задачи для самостоятельного решения.
- •Решение.
- •Тесты для самоконтроля.
- •1 Уровень. Выберите номера правильных ответов.
- •Тесты 2-го уровня.
- •Семинар № 2 механические колебания и волны.
- •Вопросы для самоподготовки.
- •Подготовка к практическому занятию.
- •Теоретические сведения.
- •I. Основные понятия.
- •Основные законы теории колебаний и волн.
- •2.Затухающие колебания.
- •3. Вынужденные колебания. Резонанс. Автоколебания.
- •4.Механические волны.
- •5.Эффект Доплера.
- •Задачи для самостоятельного решения.
- •Образец решения задачи.
- •Тесты для самоконтроля.
- •1 Уровень. Выберите номера правильных ответов.
- •2 Уровень.
- •Семинар № 3 акустика. Звук, ультразвук и инфразвук.
- •Вопросы для самоподготовки
- •Мотивация цели
- •Звук. Виды звука.
- •2. Физические характеристики звука.
- •3. Характеристики слухового ощущения.
- •4. Закон Вебера-Фехнера.
- •5. Физика слуха: звукопроводящая и звукопринимающая части слухового аппарата. Теории Гельмгольца и Бекеши.
- •6. Звуковые методы исследования.
- •7. Ультразвук. Излучатели и приемники уз.
- •8.Особенности распространения уз-волны.
- •9. Действие ультразвука на вещество.
- •10. Использование уз в медицине.
- •11. Инфразвук (из) и его воздействие на человека.
- •12. Вибрации.
- •Задачи для самостоятельного решения.
- •Образец решения задачи.
- •Тесты самоконтроля.
- •1 Уровень. Выберите номера правильных ответов.
- •2 Уровень.
- •Семинар № 4 биоэнергетика и термодинамика биологических систем.
- •Вопросы для самоподготовки.
- •Мотивация цели.
- •Подготовка к практическому занятию.
- •Теоретические сведения.
- •I. Основные понятия.
- •II. Основные законы термодинамики.
- •1.Первое начало термодинамики.
- •2. Второе начало термодинамики.
- •3.Термодинамические функции.
- •4.Применение первого начала термодинамики в биологии.
- •5. Применение второго начала термодинамики в биологии. Уравнение Пригожина. Негэнтропия
- •6. Стационарное состояние биологической системы. Отличие стационарного состояния от равновесного. Теорема Пригожина.
- •7. Расширенный принцип Ле-Шатель. Адаптация и аутостабилизация живых систем. Типы перехода из одного стационарного состояния в другое.
- •Решите задачи.
- •Образец решения задачи. Условие задачи.
- •Тесты для самоконтроля.
- •1 Уровень. Выберите номера правильных ответов.
- •2 Уровень.
- •Семинар № 5 биофизика клетки. Физические механизмы переноса
- •Вопросы для самоподготовки.
- •1. Назначение цитоплазматических мембран.
- •2. Физические методы изучения ультраструктуры биологических мембран.
- •4. Модели биологических мембран
- •5. Перенос молекул (атомов) через мембраны, уравнение Фика.
- •7. Разновидности пассивного транспорта через мембрану.
- •8. Активный транспорт. Физический механизм активного транспорта.
- •9. Транспорт через сложные биологические мембраны. Опыт Уссинга.
- •Образцы решения задач
- •Задачи для самостоятельного решения.
- •Тесты для самоконтроля.
- •1 Уровень. Выберите номера правильных ответов.
- •2 Уровень
- •Семинар №6 рентгеновское излучение. Радиоактивность. Дозиметрия.
- •Вопросы для самоподготовки.
- •Основные формулы.
- •Задачи для самостоятельного решения.
- •Образцы решения задач.
- •Тесты для самоконтроля.
- •1 Уровень. Выберите номера правильных ответов.
- •2 Уровень
- •Литература
- •302 026, Г. Орел, ул. Комсомольская, 95, тел. (4862) 74-45-08
5. Применение второго начала термодинамики в биологии. Уравнение Пригожина. Негэнтропия
Основное значение второго начала состоит в предсказании направления протекания процессов в биологической системе. Оно дает единый алгоритм изучения самых различных явлений.
Живой организм является открытой системой, термодинамика которых была разработана в середине прошлого столетия И.Р.Пригожиным и др.. И.Р.Пригожин за эти работы удостоен Нобелевской премии. Полное изменение энтропии Δs открытой системы складывается из изменения энтропии Δsi за счет внутренних необратимых процессов и изменения энтропии Δse за счет обмена веществом и энергией с окружающей средой.
Δs = Δsi + Δse (26)
В общем случае для открытой системы Δs может быть больше, меньше или равно 0 и в разные моменты времени имеет разное значение. Поэтому ввели величину (ds/dt), названную производством энтропии.
Уравнение Пригожина для открытых систем
(ds/dt)= (ds/dt)i + (ds/dt)e (27)
При необратимых процессах, протекающих в системе, (ds/dt)i > 0, а производство энтропии за счет обменных процессов с окружающей средой (ds/dt)e<0.
Теперь второе начало термодинамики для открытых систем теперь может быть сформулировано так: в открытых системах внутреннее изменение энтропии всегда положительно, а внутреннее изменение свободной энергии всегда отрицательно.
Биологическая система может удерживаться в неравновесном состоянии за счет того, что она отдает произведенную при необратимых процессах энтропию в окружающую среду или, как говорят, получает «негэнтропию» (отрицательную энтропию) из окружающей среды.
Организм питается свободной энергией окружающей среды:
ΔG=ΔU + T(-Δs) + p ΔV (28)
T(-Δs) – негэнтропия.
6. Стационарное состояние биологической системы. Отличие стационарного состояния от равновесного. Теорема Пригожина.
Стационарным называется такое состояние открытой системы, при котором основные макроскопические параметры системы остаются постоянными. Состояние гомеостазиса биологической системы обеспечивается взаимодействием внутренней среды организма с внешним миром. Гомеостазис представляет собой стационарное состояние организма высших животных. Термодинамическим критерием стационарного состояния является равенство нулю полного производства энтропии:
(ds/dt)=0 (29) и, следовательно, (ds/dt)i = - (ds/dt)e (30)
Стационарное состояние существенно отличается от равновесного.
Равновесное состояние |
Стационарное состояние |
Все макропараметры постоянны Р=const, V=const, T=const, G=const, s=const и т.д. |
|
В системе не протекают никакие макропроцессы |
В системе протекают макропроцессы, обусловленные постоянными во времени внешними причинами |
Изолированная система |
Открытая система |
S= Smax G=Gmin |
S< Smax G>Gmin |
(ds/dt)i = 0 Энтропия не производится |
(ds/dt)i >0, но (ds/dt)i = - (ds/dt)e (ds/dt) = (ds/dt)i + (ds/dt)e = 0 |
Теорема Пригожина: в стационарном состоянии производство энтропии имеет постоянное и минимальное из всех возможных значение.
(ds/dt) i >0 = const→ min (31)