Legea conservarii energiei. primul principiu al termodinamicii

Legea conservarii energiei. Primul principiu al termodinamicii

Toate actiunile pe care le poate efectua un sistem (deplasari mecanice, producere de caldura, generare de curenti electrici, etc.) ca si toate transformarile pe care le poate suferi, reprezinta diferite forme ale variatiei unui parametru ce caracterizeaza fiecare stare a sistemului: energia sa interna U. La scara atomo-moleculara, energia interna a unui sistem reprezinta suma energiilor de miscare a moleculelor, a energiilor de interactiune dintre molecule, precum si a energiilor intramoleculare si intraatomice ale tuturor atomilor si moleculelor ce constituie acel sistem. In cazul sistemelor izolate, care nu au nici un fel de schimburi cu exteriorul, energia interna se conserva, diferitele tipuri de energii atomo-moleculare transformandu-se unul in altul.

Energia interna a sistemelor neizolate variaza, la trecerea dintr-o stare in alta, cu o cantitate dU egala cu suma algebrica a schimburilor de caldura dQ, de lucru mecanic dL_m, de energie electrica dL_e, de energie chimica dL_ch, etc.:

   (5.16)

Relatia reprezinta o formulare generala a principiului I al termodinamicii, din care deriva toate ecuatiile ce descriu bilanturile energetice ale diferitelor sisteme, in particular ale organismelor. Conventia uzuala este de a atribui acestor marimi semnul '+' atunci cand sistemul considerat primeste energie (caldura sau lucru mecanic) din exterior si semnul '-' atunci cand sistemul cedeaza energie. Lucrul mecanic efectuat de sistem va aparea deci cu semnul '-'.

Energia interna fiind un parametru intern va depinde de temperatura si de parametrii externi astfel incat se poate scrie:

(5.17)

In conditii de echilibru, toti parametrii interni a_i depind numai de parametrii externi si de temperatura si deci se poate scrie:

   (5.18)

Organismele vii sunt sisteme a caror energie interna poate creste sau poate scadea in functie de diferite conditii (varsta, stare fiziologica, etc.). Pentru aplicarea corecta a principiului I al termodinamicii, in cazul organismelor trebuie sa se tina seama de aspectul fundamental ca acestea sunt sisteme deschise, care primesc si degaja in exterior energie, astfel incat problema conservarii energiei se pune numai pentru sistemul inchis format din organismul studiat impreuna cu mediul inconjurator.

Inainte de a trece la unele aplicatii si implicatii biologice concrete ale legii generale a naturii, se impun urmatoarele remarci:

1. Atat caldura, cat si diferitele forme de lucru mecanic sunt forme diferite de variatie ale aceluiasi parametru de stare al sistemelor (energia interna) si, de aceea, se pot transforma reciproc unul in altul si se exprima ambele in unitati de energie;

2. Intre caldura si lucru mecanic nu este o echivalenta calitativa, deoarece la scara atomo-moleculara caldura exprima variatia energiilor dezordonate, in timp ce lucrul mecanic exprima variatia unei energii ordonate in sens macroscopic; de aceea, lucrul mecanic se poate transforma integral in caldura prin frecari, in timp ce caldura nu se poate transforma decat partial in lucru mecanic.