卫计委健康管理师(三级)考试:研究能量传递规律的热力学定律

发表时间:2019-09-11  
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    营养师三级:研究能量传递规律的热力学定律

    能量是生态系统的动力,是一切生命活动的基础。一切生命活动都伴随着能量的变化,没有能量的转化,也就没有生命和生态系统。生态系统的重要功能之一就是能量流动,能量在生态系统内的传递和转化规律服从热力学的两个定律。

    (一)热力学第一定律

    热力学第一定律可以表述如下:“在自然界发生的所有现象中,能量既不能消灭也不能凭空产生,它只能以严格的当量比例由一种形式转变为另一种形式”。因此热力学第一定律又称为能量守恒定律。

    依据这个定律可知,一个体系的能量发生变化,环境的能量也必定发生相应的变化,如果体系的能量增加,环境的能量就要减少,反之亦然。对生态系统来说也是如此,例如,生态系统通过光合作用所增加的能量等于环境中太阳所减少的能量,总能量不变,所不同的是太阳能转化为潜能输入了生态系统,表现为生态系统对太阳能的固定。

    人们都知道,非生命自然界发生的变化都不必借助外力的帮助而能自动实现,热力学把这样的过程称为自发过程或自动过程。例如,热自发地从高温物体传到低温物体,直到两者的温度相同为止。而与此相反的过程都不能自发地进行,可见自发过程的共同规律就在于单向趋于平衡状态,决不可能自动逆向进行。或者说任何自发过程都是热力学的不可逆过程。应当指出的是:不应把自发过程理解为不可能逆向进行,问题在于是自动还是消耗外功,借助外功是可逆向进行的。例如,生态系统中复杂的有机物质分解为简单的无机物质是一种自发过程,但无机物质决不可能自发地合成为有机物质,借助于外功太阳能却可以实现,这就是光合作用,不过这不是自发或自动的。既然任何自发过程总是单向趋于平衡状态,决不可能自动逆向进行,由此可以推测体系必定有一种性质,它只视体系的状态而定而与过程的途径(或进行的方式)无关。可以大致打一个比喻:假定有水位差的存在,水自动地从高水位流向低水位的趋向必定存在,但水流是快是慢显然都不可能改变水向低水位方向流动的自发倾向。这就是说,要研究给定的始态和终态条件下自发过程的方向,可以不考虑过程的细节和进行的方式。为了判断自发过程进行的方向和限度,可以找出能用来表示各自发过程共同特征的状态函数。熵(entropy)和自由能就是热力学中两个最重要的状态函数,它们只与体系的始态和终态有关而与过程的途径无关。

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