|
|||||||
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Перенос молекул через мембраны. Уравнение Фика
Важным элементом функционирования мембран является их способность пропускать или не пропускать молекулы (атомы) и ионы. Существенно, что вероятность такого проникновения частиц зависит как от направления их перемещения, например, в клетку и из клетки, так и от разновидности молекул и ионов. Эти вопросы рассматриваются в разделе физики, относящимся к явлениям переноса. Таким термином называют необратимые процессы, в результате которых в физической системе происходит пространственное перемещение (перенос) какой-либо физической величины. К явлениям переноса относятся следующие физические явления: диффузия, теплопроводность, внутреннее трение. Эти явления объединяются тем, что переносится какая-либо физическая характеристика: масса молекул (при диффузии), энергия (при теплопроводности), количество движения (при внутреннем трении). Такой подход позволяет получить для них одно общее уравнение. Действительно, пусть через ∆S за время ∆t в одном направлении проходит N молекул
Рисунок 12.
Обозначим физическую характеристику переносимую каждой молекулой через γ (рис.12). Тогда
.
Это перенос слева направо. Справа налево аналогично. Если по обе стороны ∆S разная степень неоднородности характеристики, то будет иметь место преимущественный перенос.
.
Умножим и разделим правую часть на 2<λ>
.
Величина .
Поэтому .
Это и есть уравнение переноса в общем виде. Применим его к описанию процессов диффузии и теплопроводности. При диффузии переносится масса, то есть .
,
где - коэффициент диффузии.
Масса газа, переносимая вследствие диффузии через площадь ∆S перпендикулярную направлению, в котором убывает плотность, пропорциональна ее площади, промежутку времени переноса и градиенту плотности (закон Фика). Он применим не только для газов, но и для жидкостей и твердых тел, но у них коэффициент диффузии значительно меньше. Частным случаем диффузии является осмос – явление диффузии растворителя через полупроницаемую перегородку, отделяющую раствор от чистого растворителя. Давление, возникающее при такой (односторонней) диффузии называется осмотическим и пропорционально концентрации и температуре раствора, а обратнопропорционально молярной массе растворенного вещества. Такая зависимость выражается законом Вант-Гоффа ,
где с = m/V - концентрация раствора, m – масса растворенного вещества, V - объем раствора. При теплопроводности переносимой величиной является энергия, а, следовательно, и количество теплоты.
- уравнение Фурье
где – коэффициент теплопроводности
Количество теплоты, переносимое сквозь площадку ∆S перпендикулярную направлению, в котором убывает температура, пропорционально площади ∆S, промежутку времени ∆t переноса и градиенту температуры ∆Т/∆х (уравнение теплопроводности). Уравнение применимо также для жидкостей и твердых тел. При внутреннем трении переносится импульс.
,
где - коэффициент внутреннего трения (вязкость).
Сила внутреннего трения, возникающая в плоскости соприкосновения двух скользящих относительно друг друга слоев, пропорциональна площади из соприкосновения ∆S и градиенту скорости ∆ω/∆х (закон Ньютона).
Вопросы для самоконтроля
1) Что называется термодинамической системой? 2) Какой термодинамические процесс называется обратимым? 3) Сформулируйте первое и второе начала термодинамики. 4) Что называется энтропией? 5) Свойства энтропии. 6) Поясните принцип минимума производства энтропии. 7) В каких случаях изменение внешних условий может привести к гибели организма? 8) Опишите строение мембран. 9) Как называется явление переноса массы вещества, и каким уравнение оно описывается?
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Основная
1. Пронин, В.П. – Краткий курс физики/ В.П. Пронин. – Саратов. СГАУ. 2007 г., 200с. 2. Рогачев, Н.М. – Курс физики. Учебное пособие/ Н.М. Рогачев. – С.-Петербург: Издательство «Лань», 2010г.- 448с. 3. Телесин, Р.В. – Молекулярная физика: Учебное пособие 3-е издание/ Р.В. Телесин. – 4. Основы физики и биофизики./ А.И. Журавлев [и др.] М.: Мир. 2005. – 384 с. 5. Термодинамика. Учебное пособие / И.П. Чернов, [и др.] – М.: «Высш. школа». - 2007. – 405 с.
Дополнительная
1. Белановский, А.С. Основы биофизики в ветеринарию/А.С. Белановский. – М.: Агропром–ИЗДАТ, 1989-271с. 2. Грабовский, Р.И. – Курс физики. 6-е изд./ Р.И. Грабовский – С.-Петербург: Издательство «Лань», 2002.- 608 с. 3. Медицинская и биологическая физика: Учеб. Для вузов/ А.Н. Ремизов [и др.] – 4-е изд., перераб. и дополн.. – М.: Дрофа, 2003. – 560 с. Поиск по сайту: |
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.005 сек.) |