Оқу-әдістемелік материалдар «Кіріспе. Биофизика пәні және оның мәселелері. Термодинамика» Биофизика пәні және оның мәселелері

Биофизика- әртүрлі сатыдағы биологиялық жүйелерде болып жатқан

физикалық және химиялық процестерді зерттейтін ғылым. Биофизиканың зерттейтін объектісі биологиялық материалдар, яғни тірі организмдер. Олай болса физиканың өлі табиғат үшін ашылған заңдарын өзгеріссіз тірі организмге қолдануға болмайды. Оның себебі тірі организм – биологиялық жүйе, үнемі динамикалық қозғалыста болады және гетерогендік әртекті жүйе болып саналады. Биофизиканың ғылым болып қалыптасуына физика, химия, физиология, математика, биохимия тәрізді ғылымдардың зор ықпалы тиді. Осы ғылымдардың негізінде дүниеге келген биофизиканың өз заңдылықтары, өз әдістері бар. Биофизиканың мынадай салалары бар: 1) молекула биофизикасы, ол организмді түзетін биологиялық молекулалардың құрылысы мен физикалық қасиеттерін қарастырады. Сол сияқты биологиялық процестердің кинетикасы мен термодинамикасын қарастырады; 2) клетка биофизикасы. Бұл сала клетканың ультрақұрылысын, оның физикалық және химиялық ерекшеліктерін және клетканың өтімділігін, биологиялық потенциалын қарастырады; 3) күрделі жүйе биофизикасы (немесе басқару және реттеу процесінің биофизикасы). Сонымен қатар, биофизика организмге деген физикалық факторлар әсерін, иондалған сәуленің биологиялық әсерін (рабиобиология), көз оптикасын, қозғалыс, тыныс алу, иіс сезу, есіту, қан айналыс органдарының жұмыс әрекетін қамтиды. Биофизика ғылым ретінде бүгінгі күн кең дами бастады.

2 Термодинамиканың негізгі түсініктері.

Термодинамика физиканың материя қозғалысының жылулық формасын және сонымен байланысты физикалық құбылыстарды зерттейтін бөлімі. Термодинамикадағы басты орында тұрған ол энергия мен жұмыс арасындағы қатынас. Термодинамикалық жүйе деп өзара бір-бірімен және басқа денелермен зат, энергия алмаса алатын макроскопиялық денелер жиынтығын айтады. Егер осындай алмасулар жүйеге енетін денелер арасында ғана болса, ондай жүйе оңашаланған жүйе деп аталады. Егер жүйе сыртқы ортамен осындай алмасулар жасайтын болса, ондай жүйе ашық жүйе деп аталады. Ал жүйе өзін қоршаған ортамен тек қана энергия алмаса алатын болса, онда оны тұйық жүйе деп атайды. Жүйенің күйі макроскопиялық физикалық шамалардың өзгеруін көрсететін параметрлермен беріледі. Маңызды параметрлерге көлем, температура, қысым, сонымен қоса электрлік поляризация, магниттеліну және т.б. жатады. Жүйенің жалпылама күй теңдеуі

Күй теңдеуіне мысал ретінде идеал газға арналған Менделеев- Клапейрон теңдеуін алуға болады:

Тепе-теңдік күй немесе термодинамикалық тепе-теңдік күйге дене жеткілікті уақыт өткеннен кейін өздігінен өзі келеді, егер жүйе оңашаланған болса. Тепе-теңдік күйде барлық қайтымсыз процестер тоқталады, жүйе күйін сипаттайтын параметрлер уақытқа байланысты өзгеріссіз қалады. Жүйенің бір күйден екінші күйге өтуі термодинамикалық процесс деп аталады.

Бірақ табиғаттағы барлық процестер қайтымсыз процестер. Энергияның біраз бөлігі жылуға айналатын болса, ондай процесс қайтымсыз, себебі жылу қайтадан энергияға айнала алмайды. Сонымен, кез келген процесс қайтымды болу үшін үйкеліс болмауы керек, Қайтымсыз процестер тек бір ғана бағытта жүреді.

Ішкі энергия жүйеге кіретін барлық бөлшектердің кинетикалық және потенциалық энергияларының қосындысы. Термодинамикада ішкі энергия ұғымының өзі емес, оның өзгерісі басты роль атқарады.

Қайтымды процестер үшін энтропия тұрақты, ал қайтымсыз процестер үшін өседі.