Различают следующие формы энергии: механическую, электрическую, химическую и энергию излучения. При этом работа и энергия — взаимосвязанные величины. Обе величины, энергия и работа, измеряются в джоулях (1 Дж = 1 Н×м). Устаревшая единица — калория (кал, 1 кал = 4,187 Дж). Свободная энергия определяется как та часть энергии системы, которая может производить работу.
Система в состоянии производить работу, когда она переходит из начального состояния в конечное с уменьшением энергии (химического потенциала). Это абстрактное положение наиболее наглядно демонстрируется на примере совершения механической работы (1): благодаря силе земного притяжения энергия предмета (потенциальная механическая энергия), в данном случае энергия воды, тем выше, чем дальше этот предмет удалён от центра Земли. Перепад высот между высокой и низкой точками определяется как разность потенциалов (ΔP). Поток воды самопроизвольно устремляется вниз, по градиенту потенциала, и при этом совершает работу, например вращает колесо водяной мельницы. Совершаемая работа может рассматриваться как функция двух величин: фактора интенсивности или разности потенциалов, то есть «движущей силы» процесса (в приведённом примере высоты водопада), и фактора ёмкости, то есть массы вещества (в данном случае массы падающей воды). В случае совершения электрической работы (2) фактор интенсивности — электрическое напряжение, т. е. разность электрических потенциалов источника тока и «земли», а фактор ёмкости — величина заряда.
Превращение энергии в биохимических реакциях следует тем же закономерностям.
Определённые вещества или группы веществ обладают высоким химическим потенциалом. При биохимических реакциях образуются конечные продукты с низким химическим потенциалом. Разность химических потенциалов («движущая сила» биохимической реакции) соответствует изменению свободной энергии (ΔG). Фактором ёмкости в данном случае является количество вещества (в молях).
Система в состоянии производить работу, когда она переходит из начального состояния в конечное с уменьшением энергии (химического потенциала). Это абстрактное положение наиболее наглядно демонстрируется на примере совершения механической работы (1): благодаря силе земного притяжения энергия предмета (потенциальная механическая энергия), в данном случае энергия воды, тем выше, чем дальше этот предмет удалён от центра Земли. Перепад высот между высокой и низкой точками определяется как разность потенциалов (ΔP). Поток воды самопроизвольно устремляется вниз, по градиенту потенциала, и при этом совершает работу, например вращает колесо водяной мельницы. Совершаемая работа может рассматриваться как функция двух величин: фактора интенсивности или разности потенциалов, то есть «движущей силы» процесса (в приведённом примере высоты водопада), и фактора ёмкости, то есть массы вещества (в данном случае массы падающей воды). В случае совершения электрической работы (2) фактор интенсивности — электрическое напряжение, т. е. разность электрических потенциалов источника тока и «земли», а фактор ёмкости — величина заряда.
Превращение энергии в биохимических реакциях следует тем же закономерностям.
Определённые вещества или группы веществ обладают высоким химическим потенциалом. При биохимических реакциях образуются конечные продукты с низким химическим потенциалом. Разность химических потенциалов («движущая сила» биохимической реакции) соответствует изменению свободной энергии (ΔG). Фактором ёмкости в данном случае является количество вещества (в молях).
Статьи раздела «Энергетика»:
- Энергетика
- А. Формы работы
- Б. Энергетика биохимических процессов
Структура:
Списки:
Сложность материала:
Величины и единицы:
Книги Список книг
Вычислительные устройства в биологии и медицине В книге обобщён большой опыт, накопленный за последние годы в области применения ...
Молекулярная и клеточная биология (комплект из 3 книг) В книге известного учёного ФРГ на самом современном уровне обсуждены последние ...
Principles of Biomedical Informatics Biomedical informatics (BMI) is an extraordinarily broad discipline. In scale, it spans across genes, cells, tissues, organ systems, individual ...