150538 (631532), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

№ 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.

№ 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

Характеристики

Список файлов ответов (шпаргалок)