非平衡態(tài)熱力學(xué)簡介.ppt

1、第十二節(jié) 非平衡態(tài)熱力學(xué),一、開放系統(tǒng)的定態(tài),孤立系統(tǒng)中，自發(fā)變化朝著消除差別、均勻、混亂度增加、作功能力減小的方向進(jìn)行，這是一種趨于能量退化的方向,生物界進(jìn)化過程是從單細(xì)胞到多細(xì)胞，從簡單到復(fù)雜，從無序朝著有序性增加方向進(jìn)行,生物界的進(jìn)化，與自發(fā)變化趨于無序的退化方向形成鮮明對照，如何把這兩種進(jìn)程統(tǒng)一起來,熱力學(xué)平衡態(tài)： 狀態(tài)函數(shù)不隨時(shí)間變化，即達(dá)到定態(tài)。系統(tǒng)內(nèi)部不存在物理量的宏觀流動，如熱流、粒子流等,非平衡的穩(wěn)定態(tài)：又稱定態(tài)，指體系的任何體積單元的熱力學(xué)性質(zhì)不隨時(shí)間而變化的穩(wěn)定狀態(tài),孤立系統(tǒng)，定態(tài)就是平衡態(tài)； 開放系統(tǒng)達(dá)到定態(tài)，不一定是平衡態(tài),一、開放系統(tǒng)的定態(tài),熱導(dǎo)體穩(wěn)定存在的前提是T

2、1,T2保持不變,例二 生物體在發(fā)展某一階段可能處于宏觀不變的定態(tài)，但生物體內(nèi)進(jìn)行新陳代謝過程，因此生物體不隨時(shí)間變化的狀態(tài)是非平衡定態(tài)，而不是平衡態(tài),例一,一、開放系統(tǒng)的定態(tài),孤立系統(tǒng),任意敞開系統(tǒng),Entropy flux,Entropy-production,熵流：系統(tǒng)與環(huán)境之間通過界面進(jìn)行熱量和物質(zhì)交換時(shí)，進(jìn)入或流出系統(tǒng)的熵變。用deS表示,可正，負(fù)，零,熵產(chǎn)生：系統(tǒng)內(nèi)部自然而然地發(fā)生趨向平衡態(tài)的自發(fā)不可逆變化，由此引起的熵變。用diS表示, diS0,二、熵流、熵產(chǎn)生和耗散結(jié)構(gòu),1）孤立系統(tǒng),自發(fā)變化dS0, 表示系統(tǒng)的熵將趨于最大，生物將達(dá)到熱力學(xué)平衡態(tài)，這樣的系統(tǒng)，生命無法生存,任意開放系統(tǒng),二、熵流、熵產(chǎn)生和耗散結(jié)構(gòu),2)開放系統(tǒng)：如人體，攝入蛋白質(zhì)，脂肪，淀粉等低熵大分子，排出相對無序高熵小分子；此外不斷對環(huán)境散發(fā)熱量和做功，所以體系的熵流為負(fù)值，且deS 的絕對值很大,當(dāng),系統(tǒng)將達(dá)到定態(tài)（非平衡體系的穩(wěn)定狀態(tài)），生命將維持有序不變,當(dāng),說明系統(tǒng)將向更有序的方向發(fā)展，生命進(jìn)化,耗散結(jié)構(gòu)( dissipative structures ) 普里高京，1977年諾貝爾獎(jiǎng),討論,二、熵流、熵產(chǎn)生和耗散結(jié)構(gòu),健康的生物體，有血液流動、擴(kuò)散、各種物質(zhì)生化變化 等不可逆過程，體內(nèi)熵產(chǎn)生,機(jī)體維持生命，保持有序狀態(tài)，是靠吸入低熵排出高熵，使deS 0。 因此生物