Bài giảng Vật lý và lý sinh - Bài 1: Sự biến đổi năng lượng trên cơ thể sống

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:70

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Vật lý và lý sinh" Bài 1: Sự biến đổi năng lượng trên cơ thể sống, cung cấp cho người học những kiến thức như: nhiệt độ và nhiệt lượng; Nguyên lý I của nhiệt động học; sự biến đổi năng lượng ở cơ thể sống; áp dụng nguyên lí I cho hệ thống sống; Đo lường cơ bản;...Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật lý và lý sinh - Bài 1: Sự biến đổi năng lượng trên cơ thể sống

VẬT LÝ - LÝ SINH NGÀNH ĐÀO TẠO: CỬ NHÂN ĐIỀU DƯỠNG
Vật lý - lý sinh gọi tắt là lý sinh (biophysics): Là môn học nghiên cứu các hiện tượng xảy ra trong các tổ chức và cơ thể sống dựa trên quan điểm và các định luật vật lý.
Bài 1 Sự biến đổi năng lượng trên cơ thể sống
I- Nhiệt độ & nhiệt lượng 1/ Nhiệt độ - Nhiệt độ là đại lượng vật lý được đưa ra để đặc trưng cho trạng thái nóng, lạnh của đối tượng một cách khách quan, không phụ thuộc vào cảm giác chủ quan. - Đo nhiệt độ bằng nhiệt kế:  Nhiệt kế thủy ngân (hiện tượng giãn nở vì nhiệt).  Nhiệt kế nhiệt điện (hiện tượng áp điện giữa hai kim loại tiếp xúc nhau).  Nhiệt kế điện trở (sự biến đổi điện trở theo nhiệt độ)... - Các loại giai nhiệt:
+ Điểm chuẩn thấp là nhiệt độ của nước đá đang tan 0oC + Điểm chuẩn cao là nhiệt độ của hơi nước sôi 100oC ở áp suất 1 atm Celsius Kenvin RÐomur Fahreinheit 1000C 373,160K 800R 2120F 00C 273,160K 00R 320F n0C = (0,8.n)0R = (1,8n + 32)0F = n+273 0K C¸c lo¹i nhiÖt giai
Áp suất + Là đại lượng vật lý, có giá trị bằng lực 𝐹 nén vuông góc lên một đơn vị diện tích ∆𝑆 + Đơn vị áp suất: P F (1.1) S
2/ Nhiệt lượng - Mọi vật đều được cấu tạo từ các nguyên tử, phân tử luôn luôn chuyển động hỗn loạn va chạm với nhau tất cả các NL chuyển động nhiệt, NL tương tác giữa các nguyên tử, phân tử cho ta nội năng của vật. - Nhiệt độ của vật càng cao thì chuyển động của chúng càng nhanh, do đó nội năng của vật càng cao.
2/ Nhiệt lượng - Nhiệt lượng là phần năng lượng mà vật nhận được hay truyền đi làm thay đổi nội năng của vật. Nếu nhiệt độ thay đổi từ t1 đến t2 thì nhiệt lượng: Q  m.c.t  m.c.T m: Khối lượng (kg) c: nhiệt dung riêng (J/kg.độ) hoặc (cal/kg.độ) t  t 2  t1 : độ chênh lệch nhiệt độ (oC)
Q Nhiệt dung riêng: c m.t - c thay đổi theo nhiệt độ - c của cơ thể người là 0,8 cal/g.độ ≈ c(nước). Phù hợp với dữ kiện nước chiếm 70% trọng lượng của cơ thể - Tuy nhiên c của các mô và cơ quan của cơ thể rất khác nhau, giá trị càng gần c(nước) khi tỷ lệ nước trong mô càng lớn - c(máu) = 0,93 cal/g.độ, c(xương đặc)=0,3-0,4cal/g.độ Nhiệt nóng chảy của một chất: Q=𝝀. 𝒎 (𝝀 (J/kg) nhiệt nóng chảy riêng), m (kg) Nhiệt hóa hơi: Q=L.m (L nhiệt hóa hơi riêng)
Bài toán: Người ta đun sôi 0,5 lít nước ở nhiệt độ ban đầu là 27oC chưa trong chiếc ấm bằng đồng có khối lượng m2=0,4 kg. Sau khi sôi được một lúc đã có 0,1 lít nước biến thành hơi. Hãy xác định nhiệt lượng đã cung cấp cho ấm. Biết: Nhiệt hóa hơi của nước 2,3.106J/kg.độ Nhiệt dung riêng của nước: c1=4180J/kg.độ Nhiệt dung riêng của đồng: c2=380 J/kg.độ
Bài giải: Nhiệt lượng cần thiết để đưa ấm từ 27oC đến 100oC Q1=𝑚1 . 𝑐1 . 𝛥𝑡 +𝑚2 . 𝑐2 . 𝛥𝑡 = (0,5.4180 + 0,4.380).(100-27) =163666 (J) Nhiệt lượng cần cung cấp cho 0,1 lít nước hóa hơi: Q2 = L.m=0,1.2,3.106=2,3.105 (J) Tổng nhiệt lượng đã cung cấp cho ấm nước: Q=Q1+Q2=393666 (J)
3/Công A (Jun) - Trong cơ học: Công A đặc trưng cho tương tác về phương diện năng lượng - Công thực hiện: dA  F .d s  F .ds.cos - Xét một khối khí chuyển động (nén, giãn) trong pittong bởi lực bên ngoài. Vì lực song song với piitong dA  FNgoài .dx +) Khi hệ bị nén hệ nhận năng lượng: dA>0 +) Khi hệ giãn, hệ mất năng lượng: dA
II- Nguyên lý I của NĐH - Hệ nhiệt động gọi tắt là hệ là một tập gồm rất nhiều các phần tử - Có 3 loại chủ yếu: Cô lập, kín và mở + Hệ cô lập: không trao đổi vật chất và năng lượng với môi trường xung quanh. + Hệ kín: chỉ trao đổi năng lượng với môi trường xung quanh. Ở đây không trao đổi vật chất qua biên giới của hệ, do đó khối lượng của hệ không thay đổi. Hệ kín có thể sinh công do lấy năng lượng từ môi trường xung quanh hoặc sử dụng năng lượng dự trữ của bản thân. + Hệ mở: trao đổi vật chất và năng lượng với môi trường xung quanh Cơ thể sinh vật luôn là hệ mở, nhưng khác với hệ mở ở đặc điểm: - là dạng tồn tại đặc biệt của các protid và các chất khác tạo thành - có khả năng tự tái tạo - có khả năng tự phát triển www.themegallery.com
II- Nguyên lý I của NĐH 1/ Nội năng (U) - Là năng lượng bên trong (dự trữ) của hệ: động năng, thế năng của các nguyên tử, phân tử, điện tử trong nguyên tử và cả phần năng lượng tổng hạt nhân của nguyên tử. - Là một hàm của trạng thái: Nếu thực hiện 1 chu trình: U  0 Nếu hệ biến đổi từ trạng thái 1 sang 2: U2 U   dU  U U1 2  U1
2/ Phát biểu Nguyên lý I của nhiệt động học Nhiệt lượng truyền cho hệ làm tăng nội năng của hệ và biến ra công thực hiện bởi lực của hệ đặt lên ngoài môi trường dU   A   Q dU:độ biến thiên nội năng U (hàm trạng thái)  A: Công mà hệ thực hiện (hàm quá trình)  Q : nhiệt lượng mà hệ nhận được (hàm quá trình)
Hệ quả: - Nếu  Q =0 thì  A  dU , nếu không cung cấp năng lượng cho hệ thì hệ muốn sinh công thì phải giảm nội năng một lượng dU. - Khi hệ cô lập tức là hệ không trao đổi cả công và nhiệt với môi trường bên ngoài  Q   A  0 thì dU=U2-U1=0 hay U2=U1 Nội năng của hệ cô lập được bảo toàn. - Nếu dU=0 và  Q =0 thì buộc  A  0 , nghĩa là hệ không thể sinh công hay là không thể tồn tại động cơ vĩnh cửu loại I (những động cơ không cần cung cấp năng lượng, cũng không sinh công mà nội năng lại không thay đổi) www.themegallery.com
3/ Sự biến đổi năng lượng ở cơ thể sống  Các dạng năng lượng có thể tồn tại trong cơ thể sống  Cơ năng  Điện năng  Hóa năng  Quang năng  Năng lượng hạt nhân  Nhiệt năng
3/ Sự biến đổi năng lượng ở cơ thể sống  Các dạng năng lượng có thể tồn tại trong cơ thể sống  Cơ năng (gồm động năng và thế năng): là NL của chuyển động cơ học và tương tác cơ học giữa các vật hoặc các thành phần của vật. Khi một vật có khả năng sinh công thì vật đó có cơ năng. Trong cơ thể: + Động năng được gặp ở những nơi có sự chuyển động (chuyển động của cả cơ thể, của máu trong hệ tuần hoàn, của khí trong hô hấp, của thức ăn trong ống tiêu hóa, của vật chất qua màng TB…) + Thế năng tồn tại trong trường hấp dẫn của TĐ. Do chúng di chuyển vị trí tương đối với nhau, hoặc thay đổi cấu hình trong quá trình thực hiện các chức năng của cơ thể sống.