Задачи т/д:
1. Определение величины работы, совершаемой в системе.
2. Характеристические функции состояния системы изменения которых численно равно полезной работе при условии постоянства определенных т/д параметров.
dU=dQ-dW
dS=dQ/T связ энергия
dQ=TdS
dWmax=TdS-dU
dWmax= dW'max полез +pdV
(бесполезная работа – работа против сил внешнего давления)
dWmax=TdS-dU-pdV
1) V, T = const
2) P, T = const
Рассмотрим первый случай
Если V, T = const, то pdV=0, то dWmax=TdS-dU=-d(U-TS)=-dF
F=U-TS – термодинамический потенциал Гельм-Гольци или свободная энергия Гельм-Гольца
Рассмотрим второй случай
Если P, T = const, то dWmax=-d(U+pdV-TS)=-dG
G – т/д потенциал Гиббса или свободная энергия Гиббса
В реальных условиях редко Р постоянно, а V системы изменяется, следовательно величины т/д потенциалов совпадают.
Т/д потенциалы делают заключения
1. Выполенение полезной работы при выполнении необратимого процесса всегда сопровождается рассеянием энергии, величину которой определяет произведением TdS, чем больше эта величина, тем более необратимым является процесс. Для абсолютно обратимых процессов
2. По знаку и величине т/д потенциала можно судить о направленности процесса, если в результате процесса величина т/д потенциалов уменьшается, такой процесс является самопроизвольным, идет с выделением энергии и называется экзергоническим, если т/д потенциалы увеличивается, то процесс идет не самопроизвольный, требует притока энергии извне и называется эндергоническим.
3. При достижении равновесия т/д потенциалы стремятся к минимальному значению.
Процессы превращений энергии и совершения работы могут протекать до тех пор пока свободная энергия не станет равна нулю, а энтропия максимальной. Такое состояние носит названия т/д равновесия.
Такое состояние в неживой природе является конечным состоянием, в направле6нии которого эволюционируют все т/д системы.
КПД
КПД – это отношение произведенной работы к изменению свободной энергии, затраченной на эту работу. КПД = W/dF Í 1 КПД может выражаться в абсолютных единицах или процентах. Согласно второму закону т/д, КПД обратимого процесса должно быть равно 1. КПД необратимых процессов < 1. КПД реальных биологических процессов < 1. Приблизительное значение КПД реальных биологических процессов:
Гликолиз – 36%
Ф/с –75%
Окислительное фосфорилирование – 55%
Сокращение мышц – 40%
Свечение бактерий – 96%