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
Нелинейная динамика взаимодействующих популяций Проведён анализ режимов динамического поведения в системах нескольких ...
Stress — From Molecules to Behavior: A Comprehensive Analysis of the Neurobiology of Stress Responses This book comprehensively covers the molecular basis of stress responses of the nervous system, providing a unique and fundamental insight into the ...
Методы в молекулярной биофизике. Структура. Функция. Динамика. В 2 томах. Том 2 Учебное пособие посвящено современному описанию физико-химических подходов, ...