CAI DE MENTINERE A ENTROPIEI SCAZUTE IN
SISTEMELE VII
Notiunea de entropie a fost introdusa in in 1985 de catre R. Clausius care a definit-o din punct de vedere matematic cand L. Boltzmann a legat aceasta notiune de alcatuirea moleculara a sistemului.
Cu cat sistemul este mai bine structurat, mai organizat, cu atat entropia sa este mai mica.
Organismele vii heterotrofe iau din mediu ca alimente substante organice macromoleculare cu entropie scazuta si excreta produsii de dezasimilate care sunt substante micromoleculare cu entropie mai ridicata. De asemenea, este eliminata acea parte din energia eliberata prin respiratie care este degradata in mod ireversibil la caldura. Organismele vii sunt sisteme deschise in care au loc schimburi permanente cu exteriorul, iar aceste "curgeri" sau "fluxuri" sunt in mod esential procese ireversibile. Aceasta face ca pentru aplicarea corecta la studiul proceselor ce au loc in sistemele biologice, sa fie adecvata numai termodinamica proceselor ireversibile.
Desfasurarea unui proces ireversibil intr-un loc dat este intotdeauna legata de producerea de entropie chiar in acel loc. In orice domeniu arbitrar de mic al sistemului, in care se petrec procese ireversibile, are loc o producere de entropie exprimata de variatia pozitiva: diS>
In acord cu aceasta formulare ramane insa posibilitatea ca intr-un acelasi domeniu sa se desfasoare doua ( sau mai multe) procese din care unul poate produce o scadere a entropiei sistemului (diS(1)<0) cu conditia ca prin al doilea proces sa se produca entropie: diS(2)>0 si astfel incat in ansamblu sa fie o productie pozitiva de entropie:
diS(1) + diS(2) >
Procesul iereversibil producator de entropie se numeste proces cuplant, iar procesele insotite de o scadere a entropiei, care decurg pe seama lui, se numesc procese cuplate.
Pentru biologie procesele cuplate si cuplante au o deosebita semnificatie. Existenta lor permite sa intelegem posibilitatea fenomenelor biologice si biochimice ce se desfasoara in sens opus tendintei "entropice" de atingere a starii de echilibru termodinamic. Din punct de vedere al termodinamicii clasice, organismele vii sunt sisteme instabile a caror existenta, si cu atat mai mult de dezvoltare si crestere, insotiota de o continua ordonare, apar drept un fenomen inexplicabil. Termodinamica proceselor ireversibile a depasit aceasta dificultate. Toate procesele in legatura cu cresterea organismului, cu producerea unor substante termodinamic instabile, sunt procese cuplate care absorb entropie si se desfasoara pe seama reactiilor de ardere avand sursa de entropie pozitiva. Din acest punct de vedere, se poate spuneca viata reprezinta cuplajul dintre catabolism ca proces cuplant si anabolism ca proces cuplat.
Intensitatea
producerii de entropie in unitatea de timp pe unitatea de volum din sistemul
considerat: 
se numeste sursa de entropie si ea
exprima direct viteza producerii de
entropie in sistem datorita proceselor ireversibile ce au loc in el. Este
evident ca intotdeauna: 
.
Astfel, daca intr-un sistem avem flux al unei substante A, notat cu JA, produs de un gradient de concentratie al unei substante, exprimat prin forta XA si un flux de caldura notat Jq produs de un gradient de temperatura exprimat prin forta termica Xq atunci sursa de entropie in sistem va fi:
Paradoxul lui Maxwell: se introduce doua volume de gaz la temperaturi diferite in doua compartimente care comunica unul cu celalalt printr-un orificiu.
In urma difuziei, temperatura in cele doua compartimente se va egaliza, caci moleculele rapide din compartimentul cald vor trece in compartimentul rece vor difuza in cel cald pana la deplina omogenizare a compozitiei celor doua volume in ceea ce priveste viteza moleculelor.
Initial sistemul avea o entropie mica; in timp, el a evoluat catre starea de entropie maxima.
Egalizarea temperaturilor inseamna ca viteza medie a moleculelor e egala in cele doua compartimente. Cu toate acestea, in fiecare compartiment vor exista molecule cu viteze mai mici sau mai mari decat viteza medie, majoritatea, insa, avand viteze apropiate de viteza medie.
Atunci
cand un sistem efectueaza travaliu (mecanic, electric, etc)
micsorandu-si energia interna cu o cantitate 
, lucrul mecanic efectuat, -L, este intotdeauna mai mic decat
, deoarece o parte din energia interna trece in
caldura (Q). Aceasta "degradare" de energie este egala cu
produsul dintre temperatura absoluta T a sistemului si
creseterea a unui parametru de stare S, numit entropia sistemului. Astfel, principiul II al termodinamicii
introduce un nou parametru ce caracterizeaza starea sistemelor-entropia-,
a carui particularitate este, ca prin orice proces spontan,
creste. Daca sistemul este izolat entropia sa creste in timp,
evolutia sistemului fiind catre starea de entropie maxima in
care toata energia interna a sistemului a fost degradata
pana la caldura, nemaiputand fi convertita intr-o forma de
travaliu util.
Din cele de mai sus rezulta ca, din energia interna U a unui sistem, poate fi integral convertita in travaliu numai o parte:
Aceasta este energia libera a sistemului si ea exprima capacitatea efectiva a acestuia de a efectua diferite actiuni. In sistemele izolate, in care energia interna U este constanta, cresterea entropiei implica in mod evident scaderea energiei libere:
<0, deoarece 
>
Aceste relatii constituie diferite formulari ale principiului II al termodinamicii.
In mod
practic, variatia energiei interne in cursul transformarilor chimice
poate fi masurata prin intermediul schimbului de caldura al sistemului considerat
cu exteriorul, atunci cand nu efectueaza nici un lucru mecanic, volumul
sau ramanand constant. Pentru procesele care au loc in atmosfera
libera, asa cum sunt in sistemele biologice, presiunea este
constanta (conditii izobare). In acest caz, in locul energiei interne
U se introduce marimea numita entalpie (H), care este suma dintre
energia interna a sistemului si produsul dintre presiune (p) si
volumul (V): 
.
Parametrii termodinamicii definiti: energia (U), energia linera (F), entalpia (H), entalpia libera (G) si entropia (S) sunt concepte de cea mai larga utilizare pentru a caracteriza starea si transformarile din orice sistem, in particular din sistemele biologice si ecologice. Aplicarea principiului I al termodinamicii la studiul organismelor nu a ridicat vreo problema deosebita, fiind clar ca si in acestea diferitele forme de energie se transforma unele in altele in raporturi bine definite.
L. Boltzmann a aratat ca entropia exprima alcatuirea atomo-moleculara a sistemului, si anume gradul de ordonare a ansamblului de particule din care este alcatuit. Astfel daca sunt N particule identice distribuitepe M nivele energetice distincte, cate N, pe fiecare nivel, atunci entropia acestui ansamblu este:
,
unde 
este constanta fizica universala, iar suma
numerelor NI este egala cu
numarul (N) total de particule.
Sensul fizic al notiunii de "entropie" este acela de masura a ordinii atomo-moleculare din sistem, a gradului sau de organizare: cu cat sistemul este mai bine structurat, cu atat entropia sa este mult mai mica. Cu aceasta exceptiune, de indice al ordonarii unui sistem, notiunea de entropie este larg utilizatan in diferite domenii ale stiintelor naturii.
Presupunem un ansamblu de 2 corpuri in contact termic, la temperatura T, izolate de exterior printr-un invelis adiabatic si care nu efectueaza lucru mecanic, deci un sistem izolat.
Scazand temperatura corpului B cu o cantitate infinitezimala dT, are loc un transfer de caldura dQ, de la A la b.
Crescand apoi temperatura corpului B cu o cantitate infinitezimala dT, are loc un transfer de caldura tot dQ, dar in sens invers.
Am realizat astfel un proces reversibil.
Variatiei entropiei este:
a. proces reversibil: la o diferenta de temperatura infinitezimala dT, are loc un transfer reversibil de cakldura; entropia ramane constanta; dS
b.
Proces ireversibil: la o
diferenta de temperatura limita 
, transferul de caldura e ireversibil; entropia
creste; 
>
. 
Entropia corpului A scade cu 
.
Variatia totala de entropie a sistemului este:
0
Concluzie: in orice proces reversibil variatia totalia de entropie este nula.
Punem in contact termic 2 corpuri cu temperaturaT1>T2, izolate de mediul exterior.
Pentru
a se ajunge la echivalentul etrmic, va avea loc un transfer de
caldura
(finit), de la corpul A spre corpul B. procesul este evident,
ireversibil, deoarece un transfer invers nu e posibil.
Entropia corpului B creste cu:
iar a corpului A scade cu:
Variatia entropiei intregului sistem este:
>0 (T1>T2)
S-a definit, in felul acesta variatia entropiei la trecerea dintr-o stare in alta, dar nu si entropia sistemului intr-o stare data. Pentru aceasta este nevoie sa se stabileasca valoarea entropiei intr-o stare particulara, lucru realizat de principiul III al termodinamicii sau legea lui Nermat.
"Biofizica medicala"- Ct. Dimoftache Ed. II 4/700, pag 32.
ROLUL MACROFAGELOR IN APARAREA SPECIFICA A ORGANISMULUI
Coordonator: Neamtu C.
Studenta:
Acornicesei Mihaela Gabriela
