Back to chapter

7.3:

Π’Ρ‚ΠΎΡ€ΠΎΠΉ Π·Π°ΠΊΠΎΠ½ Ρ‚Π΅Ρ€ΠΌΠΎΠ΄ΠΈΠ½Π°ΠΌΠΈΠΊΠΈ

JoVE Core
Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Biology
Second Law of Thermodynamics

Languages

Share

Π’Ρ‚ΠΎΡ€ΠΎΠΉ Π·Π°ΠΊΠΎΠ½ Ρ‚Π΅Ρ€ΠΌΠΎΠ΄ΠΈΠ½Π°ΠΌΠΈΠΊΠΈ ΠΌΠΎΠΆΠ½ΠΎ Ρ‚Π°ΠΊΠΆΠ΅ ΠΏΡ€ΠΎΠ΄Π΅ΠΌΠΎΠ½ΡΡ‚Ρ€ΠΈΡ€ΠΎΠ²Π°Ρ‚ΡŒ Π½Π° ΠΏΡ€ΠΈΠΌΠ΅Ρ€Π΅ классичСской ΠΏΠΈΡ‰Π΅Π²ΠΎΠΉ Ρ†Π΅ΠΏΠΈ. Π’ Π½Π΅ΠΌ говорится, Ρ‡Ρ‚ΠΎ энтропия, количСство Π½Π°Ρ€ΡƒΡˆΠ΅Π½ΠΈΠΉ Π² систСмС увСличиваСтся ΠΊΠ°ΠΆΠ΄Ρ‹ΠΉ Ρ€Π°Π·, ΠΊΠΎΠ³Π΄Π° энСргия пСрСдаСтся ΠΈΠ»ΠΈ прСобразуСтся. Когда ΠΏΠ΅Ρ€Π²ΠΈΡ‡Π½Ρ‹Π΅ ΠΏΡ€ΠΎΠΈΠ·Π²ΠΎΠ΄ΠΈΡ‚Π΅Π»ΠΈ ΠΏΠΎΠ»ΡƒΡ‡Π°ΡŽΡ‚ ΡΠ½Π΅Ρ€Π³ΠΈΡŽ ΠΎΡ‚ солнца ΠΈ производят ΠΏΠΈΡ‰Ρƒ, ΠΌΠ°Π»ΠΎΠ΅ количСство трансформируСтся Π² Π½Π΅ΠΈΡΠΏΠΎΠ»ΡŒΠ·ΡƒΠ΅ΠΌΡƒΡŽ Ρ‚Π΅ΠΏΠ»ΠΎΠ²ΡƒΡŽ ΡΠ½Π΅Ρ€Π³ΠΈΡŽ, которая высвобоТдаСтся вмСстС с кислородом Π² ΠΎΠΊΡ€ΡƒΠΆΠ°ΡŽΡ‰ΡƒΡŽ срСду.Π’ Ρ‚ΠΎ врСмя ΠΊΠ°ΠΊ основныС ΠΏΠΎΡ‚Ρ€Π΅Π±ΠΈΡ‚Π΅Π»ΠΈ ΠΏΠΎΠ»ΡƒΡ‡Π°ΡŽΡ‚ Ρ…ΠΈΠΌΠΈΡ‡Π΅ΡΠΊΡƒΡŽ ΡΠ½Π΅Ρ€Π³ΠΈΡŽ ΠΎΡ‚ растСний, ΠΎΠ½ΠΈ Ρ‚Π°ΠΊΠΆΠ΅ Π²Ρ‹Π΄Π΅Π»ΡΡŽΡ‚ нСбольшоС количСство Ρ‚Π΅ΠΏΠ»ΠΎΠ²ΠΎΠΉ энСргии, Π° Ρ‚Π°ΠΊΠΆΠ΅ углСкислый Π³Π°Π·, Π²ΠΎ врСмя ΠΎΠ±ΠΌΠ΅Π½Π° вСщСств. НаконСц, Π½Π° ΡƒΡ€ΠΎΠ²Π½Π΅ Ρ…ΠΈΡ‰Π½ΠΈΠΊΠΎΠ², Ρ‚ΠΎΠ»ΡŒΠΊΠΎ малая доля ΠΏΠ΅Ρ€Π²ΠΎΠ½Π°Ρ‡Π°Π»ΡŒΠ½ΠΎΠΉ энСргии, ΠΏΠΎΠ»ΡƒΡ‡Π΅Π½Π½ΠΎΠΉ ΠΎΡ‚ солнца, доступна для использования. ВыдСлСнная тСпловая энСргия ΠΈ.Π΄Ρ€ΡƒΠ³ΠΈΠ΅ мСтаболичСскиС ΠΏΠΎΠ±ΠΎΡ‡Π½Ρ‹Π΅ ΠΏΡ€ΠΎΠ΄ΡƒΠΊΡ‚Ρ‹ Ρ‚Π΅ΠΏΠ΅Ρ€ΡŒ ΡƒΠ²Π΅Π»ΠΈΡ‡ΠΈΠ»ΠΈ ΡΠ½Ρ‚Ρ€ΠΎΠΏΠΈΡŽ систСмы.

7.3:

Π’Ρ‚ΠΎΡ€ΠΎΠΉ Π·Π°ΠΊΠΎΠ½ Ρ‚Π΅Ρ€ΠΌΠΎΠ΄ΠΈΠ½Π°ΠΌΠΈΠΊΠΈ

Π’Ρ‚ΠΎΡ€ΠΎΠΉ Π·Π°ΠΊΠΎΠ½ Ρ‚Π΅Ρ€ΠΌΠΎΠ΄ΠΈΠ½Π°ΠΌΠΈΠΊΠΈ гласит, Ρ‡Ρ‚ΠΎ энтропия, ΠΈΠ»ΠΈ количСство бСспорядка Π² систСмС, увСличиваСтся ΠΊΠ°ΠΆΠ΄Ρ‹ΠΉ Ρ€Π°Π·, ΠΊΠΎΠ³Π΄Π° энСргия пСрСдаСтся ΠΈΠ»ΠΈ прСобразуСтся. КаТдая ΠΏΠ΅Ρ€Π΅Π΄Π°Ρ‡Π° энСргии ΠΏΡ€ΠΈΠ²ΠΎΠ΄ΠΈΡ‚ ΠΊ ΠΎΠΏΡ€Π΅Π΄Π΅Π»Π΅Π½Π½ΠΎΠΌΡƒ количСству энСргии, которая тСряСтся, ΠΊΠ°ΠΊ ΠΏΡ€Π°Π²ΠΈΠ»ΠΎ, Π² Π²ΠΈΠ΄Π΅ Ρ‚Π΅ΠΏΠ»Π°, Ρ‡Ρ‚ΠΎ ΡƒΠ²Π΅Π»ΠΈΡ‡ΠΈΠ²Π°Π΅Ρ‚ бСспорядок ΠΎΠΊΡ€ΡƒΠΆΠ°ΡŽΡ‰Π΅ΠΉ срСды. Π­Ρ‚ΠΎ Ρ‚Π°ΠΊΠΆΠ΅ ΠΌΠΎΠΆΠ΅Ρ‚ Π±Ρ‹Ρ‚ΡŒ продСмонстрировано Π² классичСской ΠΏΠΈΡ‰Π΅Π²ΠΎΠΉ сСти. ВравоядныС ΡΠΎΠ±ΠΈΡ€Π°ΡŽΡ‚ Ρ…ΠΈΠΌΠΈΡ‡Π΅ΡΠΊΡƒΡŽ ΡΠ½Π΅Ρ€Π³ΠΈΡŽ с растСний ΠΈ Π²Ρ‹ΡΠ²ΠΎΠ±ΠΎΠΆΠ΄Π°ΡŽΡ‚ Ρ‚Π΅ΠΏΠ»ΠΎ ΠΈ углСкислый Π³Π°Π· Π² ΠΎΠΊΡ€ΡƒΠΆΠ°ΡŽΡ‰ΡƒΡŽ срСду. ΠŸΠ»ΠΎΡ‚ΠΎΡΠ΄Π½Ρ‹Π΅ ΡΠΎΠ±ΠΈΡ€Π°ΡŽΡ‚ Ρ…ΠΈΠΌΠΈΡ‡Π΅ΡΠΊΡƒΡŽ ΡΠ½Π΅Ρ€Π³ΠΈΡŽ, Π²Ρ‹Ρ€Π°Π±Π°Ρ‚Ρ‹Π²Π°Π΅ΠΌΡƒΡŽ травоядными, ΠΈ лишь малая Π΅Π΅ Ρ‡Π°ΡΡ‚ΡŒ прСдставляСт собой ΠΏΠ΅Ρ€Π²ΠΎΠ½Π°Ρ‡Π°Π»ΡŒΠ½ΡƒΡŽ ΡΠΈΡΡŽΡ‰ΡƒΡŽ ΡΠ½Π΅Ρ€Π³ΠΈΡŽ солнца, Π° Ρ‚Π°ΠΊΠΆΠ΅ высвобоТдаСт Ρ‚Π΅ΠΏΠ»ΠΎΠ²ΡƒΡŽ ΡΠ½Π΅Ρ€Π³ΠΈΡŽ с углСкислым Π³Π°Π·ΠΎΠΌ Π² ΠΈΡ… ΠΎΠΊΡ€ΡƒΠΆΠ΅Π½ΠΈΠ΅. Π’ Ρ€Π΅Π·ΡƒΠ»ΡŒΡ‚Π°Ρ‚Π΅ тСпловая энСргия ΠΈ Π΄Ρ€ΡƒΠ³ΠΈΠ΅ мСтаболичСскиС ΠΏΠΎΠ±ΠΎΡ‡Π½Ρ‹Π΅ ΠΏΡ€ΠΎΠ΄ΡƒΠΊΡ‚Ρ‹, выпускаСмыС Π½Π° ΠΊΠ°ΠΆΠ΄ΠΎΠΌ этапС ΠΏΠΈΡ‰Π΅Π²ΠΎΠΉ сСти, ΡƒΠ²Π΅Π»ΠΈΡ‡ΠΈΠ»ΠΈ Π΅Π΅ ΡΠ½Ρ‚Ρ€ΠΎΠΏΠΈΡŽ.

Π’Ρ‚ΠΎΡ€ΠΎΠΉ Π·Π°ΠΊΠΎΠ½ Ρ‚Π΅Ρ€ΠΌΠΎΠ΄ΠΈΠ½Π°ΠΌΠΈΠΊΠΈ

Π’Ρ‚ΠΎΡ€ΠΎΠΉ Π·Π°ΠΊΠΎΠ½ Ρ‚Π΅Ρ€ΠΌΠΎΠ΄ΠΈΠ½Π°ΠΌΠΈΠΊΠΈ гласит, Ρ‡Ρ‚ΠΎ энтропия, ΠΈΠ»ΠΈ количСство бСспорядка Π² систСмС, увСличиваСтся ΠΊΠ°ΠΆΠ΄Ρ‹ΠΉ Ρ€Π°Π·, ΠΊΠΎΠ³Π΄Π° энСргия пСрСдаСтся ΠΈΠ»ΠΈ прСобразуСтся. Π’ ΠΊΠ°ΠΆΠ΄ΠΎΠΉ ΠΏΠ΅Ρ€Π΅Π΄Π°Ρ‡Π΅ энСргии, ΠΎΠΏΡ€Π΅Π΄Π΅Π»Π΅Π½Π½ΠΎΠ΅ количСство энСргии тСряСтся Π² Ρ„ΠΎΡ€ΠΌΠ΅, которая Π½Π΅ΠΏΡ€ΠΈΠ³ΠΎΠ΄Π½Π° для использования, ΠΊΠ°ΠΊ ΠΏΡ€Π°Π²ΠΈΠ»ΠΎ, Π² Π²ΠΈΠ΄Π΅ Ρ‚Π΅ΠΏΠ»Π°. Π­Ρ‚Π° тСпловая энСргия ΠΌΠΎΠΆΠ΅Ρ‚ Π²Ρ€Π΅ΠΌΠ΅Π½Π½ΠΎ ΡƒΠ²Π΅Π»ΠΈΡ‡ΠΈΡ‚ΡŒ ΡΠΊΠΎΡ€ΠΎΡΡ‚ΡŒ ΠΌΠΎΠ»Π΅ΠΊΡƒΠ», с ΠΊΠΎΡ‚ΠΎΡ€Ρ‹ΠΌΠΈ ΠΎΠ½Π° сталкиваСтся. Π’Π°ΠΊΠΈΠΌ ΠΎΠ±Ρ€Π°Π·ΠΎΠΌ, Ρ‡Π΅ΠΌ большС энСргии тСряСт систСма Π² своСм ΠΎΠΊΡ€ΡƒΠΆΠ΅Π½ΠΈΠΈ, Ρ‚Π΅ΠΌ ΠΌΠ΅Π½Π΅Π΅ упорядочСнной ΠΈ Π±ΠΎΠ»Π΅Π΅ случайной ΠΎΠ½Π° становится.

Подобно ΠŸΠ΅Ρ€Π²ΠΎΠΌΡƒ Π·Π°ΠΊΠΎΠ½Ρƒ Ρ‚Π΅Ρ€ΠΌΠΎΠ΄ΠΈΠ½Π°ΠΌΠΈΠΊΠΈ, Π’Ρ‚ΠΎΡ€ΠΎΠΉ Π·Π°ΠΊΠΎΠ½ Ρ‚Π΅Ρ€ΠΌΠΎΠ΄ΠΈΠ½Π°ΠΌΠΈΠΊΠΈ Ρ‚Π°ΠΊΠΆΠ΅ ΠΌΠΎΠΆΠ΅Ρ‚ Π±Ρ‹Ρ‚ΡŒ продСмонстрирован Π² классичСской ΠΏΠΈΡ‰Π΅Π²ΠΎΠΉ сСти. Когда ΠΏΠ΅Ρ€Π²ΠΈΡ‡Π½Ρ‹Π΅ ΠΏΡ€ΠΎΠΈΠ·Π²ΠΎΠ΄ΠΈΡ‚Π΅Π»ΠΈ, Ρ‚Π°ΠΊΠΈΠ΅ ΠΊΠ°ΠΊ растСния, ΠΏΠΎΠ»ΡƒΡ‡Π°ΡŽΡ‚ ΡΠ½Π΅Ρ€Π³ΠΈΡŽ ΠΎΡ‚ солнца ΠΈ Π΄Π΅Π»Π°ΡŽΡ‚ ΠΏΠΈΡ‰Ρƒ, нСбольшоС количСство прСвращаСтся Π² Π½Π΅ΠΏΡ€ΠΈΠ³ΠΎΠ΄Π½ΡƒΡŽ Ρ‚Π΅ΠΏΠ»ΠΎΠ²ΡƒΡŽ ΡΠ½Π΅Ρ€Π³ΠΈΡŽ ΠΈ высвобоТдаСтся вмСстС с кислородом Π² ΠΎΠΊΡ€ΡƒΠΆΠ°ΡŽΡ‰ΡƒΡŽ срСду.

Когда ΠΏΠ΅Ρ€Π²ΠΈΡ‡Π½Ρ‹Π΅ ΠΏΠΎΡ‚Ρ€Π΅Π±ΠΈΡ‚Π΅Π»ΠΈ, ΠΊΠ°ΠΊ травоядныС, ΠΏΠΎΠ»ΡƒΡ‡Π°ΡŽΡ‚ Ρ…ΠΈΠΌΠΈΡ‡Π΅ΡΠΊΡƒΡŽ ΡΠ½Π΅Ρ€Π³ΠΈΡŽ ΠΈΠ· растСний, ΠΎΠ½ΠΈ Ρ‚Π°ΠΊΠΆΠ΅ выводят нСбольшоС количСство Ρ‚Π΅ΠΏΠ»ΠΎΠ²ΠΎΠΉ энСргии вмСстС с углСкислым Π³Π°Π·ΠΎΠΌ Π²ΠΎ врСмя ΠΌΠ΅Ρ‚Π°Π±ΠΎΠ»ΠΈΠ·ΠΌΠ°. ΠŸΠ»ΠΎΡ‚ΠΎΡΠ΄Π½Ρ‹Π΅ ΡΠΎΠ±ΠΈΡ€Π°ΡŽΡ‚ Ρ…ΠΈΠΌΠΈΡ‡Π΅ΡΠΊΡƒΡŽ ΡΠ½Π΅Ρ€Π³ΠΈΡŽ, Π²Ρ‹Ρ€Π°Π±Π°Ρ‚Ρ‹Π²Π°Π΅ΠΌΡƒΡŽ травоядными, ΠΈ лишь малая Π΅Π΅ Ρ‡Π°ΡΡ‚ΡŒ прСдставляСт собой ΠΏΠ΅Ρ€Π²ΠΎΠ½Π°Ρ‡Π°Π»ΡŒΠ½ΡƒΡŽ ΡΠ²Π΅Ρ‚ΠΎΠ²ΡƒΡŽ ΡΠ½Π΅Ρ€Π³ΠΈΡŽ солнца, Π° Ρ‚Π°ΠΊΠΆΠ΅ высвобоТдаСт Ρ‚Π΅ΠΏΠ»ΠΎΠ²ΡƒΡŽ ΡΠ½Π΅Ρ€Π³ΠΈΡŽ с углСкислым Π³Π°Π·ΠΎΠΌ Π² ΠΈΡ… ΠΎΠΊΡ€ΡƒΠΆΠ΅Π½ΠΈΠ΅. Π’Π°ΠΊΠΈΠΌ ΠΎΠ±Ρ€Π°Π·ΠΎΠΌ, высвобоТдаСмая тСпловая энСргия ΠΈ Π΄Ρ€ΡƒΠ³ΠΈΠ΅ мСтаболичСскиС ΠΏΠΎΠ±ΠΎΡ‡Π½Ρ‹Π΅ ΠΏΡ€ΠΎΠ΄ΡƒΠΊΡ‚Ρ‹ ΡƒΠ²Π΅Π»ΠΈΡ‡ΠΈΠ»ΠΈ ΡΠ½Ρ‚Ρ€ΠΎΠΏΠΈΡŽ Π² ΠΏΠΈΡ‰Π΅Π²ΠΎΠΉ сСти.

Suggested Reading

Feinman, Richard D, and Eugene J Fine. “‘A Calorie Is a Calorie’ Violates the Second Law of Thermodynamics.” Nutrition Journal 3 (July 28, 2004): 9. [Source]

Kleidon, A. “A Basic Introduction to the Thermodynamics of the Earth System Far from Equilibrium and Maximum Entropy Production.” Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences 365, no. 1545 (May 12, 2010): 1303–15. [Source]