Замкнутые и открытые системы

Если исключен обмен теплотой между системой и окружающей средой, то система называется адиабатически изолированной. Система называется закрытой (замкнутой), если между ней и окружающей средой возможны все виды взаимодействия, кроме обмена веществом. Примером закрытой системы является закрытый сосуд с веществом, баллон с газом и т. п. Открытой называется система, которая может обмениваться с окружающей средой и веществом и энергией. Примером открытой системы является живой организм. [c.19]

Сопряжение химических реакций в открытой системе делает возможным протекание эндергонических реакций, запрещенных в замкнутых системах, так как при этих реакциях возрастает свободная энергия. Мы уже встречались с такого рода процессами — в частности, при образовании белковых цепей. Образование каждой пептидной связи происходит с выделением одной молекулы воды. Так как в клетке вода содержится в избытке, должна превалировать обратная реакция гидролиза пептидных связей. Но, как мы видели, поликонденсация сопряжена с экзергонической реакцией расщепления АТФ (см. гл. 8), и функция диссипации в целом положительна. Сопряжение эндергонических процессов с гидролизом АТФ имеет общее значение в биологии. Посредством сопряжения реализуется универсальная роль АТФ как донора свободной энергии, необходимой для протекания эндергонических процессов. Если бы клетки и организмы были изолированными системами, АТФ не могла бы играть этой роли. [c.316]

Все рассмотренные выше термодинамические соотношения, раскрывающие смысл второго закона термодинамики, относятся к замкнутым системам. В открытых системах энтропия может изменяться в результате обмена вещества с внешней средой. Тогда в уравнении (235) появится дополнительный член, учитывающий изменение количества вещества (числа молей) в системе. Более подробно этот вопрос не будет здесь обсуждаться следует лишь упомянуть о том, что изучение открытых систем открывает возможность для применения второго закона термодинамики к живым организмам. Ранее вызывала сомнение сама возможность применения второго закона термодинамики к живым организмам, поскольку такие системы характеризуются сложными процессами (из почти бесструктурной клетки развивается сложно организованная система), связанными с понижением энтропии. В то же время в организме постоянно происходят необратимые процессы, вызывающие увеличение энтропии. Частично энтропия может передаваться во внешнюю среду в процессе теплообмена, в большей степени она переходит во внешнюю среду при обмене веществ. [c.241]

Рефрижераторные установки имеют замкнутый криогенный цикл, а ожижительные и газоразделительные представляют собою разомкнутые (открытые) системы. [c.59]

Под скоростью реакции в открытой системе следует понимать изменение количества вещества в единицу времени в единице объема только за счет идущих в системе химических процессов (а не полное изменение количества вещества в единицу времени в единице объема). При таком определении скорость химической реакции в открытой системе является функцией концентрации реагентов, присутствующих в системе, причем вид функциональной зависимости аналогичен соответствующей зависимости в замкнутой системе. [c.378]

Скорость циркуляции за счет естественной конвекции можно вычислить таким же способом, как и скорость циркуляции за счет принудительной конвекции. В схеме замкнутого типа движущая сила определяется разностью плотностей теплоносителя в восходящем и нисходящем участках если же используется открытая система с вертикальной трубой, то движущая сила определяется разностью плотностей теплоносителя в выводной трубе и окружающей среды. Легко показать, что максимальная скорость циркуляции будет достигнута, если в основание горячего трубопровода поместить нагреватель, а в верхней части нисходящего холодного трубопровода — холодильник. Поскольку режим течения на отдельных участках может быть как ламинарным, так и турбулентным, для каждого элемента системы необходимо определить коэффициенты трения и теплоотдачи. [c.64]

Авторы стремились также по возможности четко разграничить рассмотрение кинетических уравнений и уравнений кинетических кривых, Это объясняется тем, что вид кинетических уравнений и значения входящих в них кинетических параметров одинаковы для процесса в замкнутой и открытой системе, т. е. кинетические уравнения значительно бо.тее универсальны, чем уравнения кинетических кривых. Кроме того, в случае полного экспериментального описания процесса (измерения всех независимых концентраций и скоростей) эти уравнения линейны относительно кинетических параметров,что облегчает их определение. [c.5]

Увеличение свободной энергии не замкнутой, открытой системы происходит вследствие притока энергии извне. Например, при фотосинтезе, за счет энергии солнечных лучей, в клетках растений идет синтез сложных органических веществ с большим запасом энергии, чем у совокупности тех простых веществ, которые используются для синтеза. [c.16]

Для наблюдения за поступлением воды в систему охлаждения на трубопроводах, отводящих нагретую воду от компрессора и холодильников, на видных местах устанавливают при замкнутой системе охлаждения — стеклянные смотровые люки или контрольные краны при открытой системе охлаждения — сливные воронки. Постоянно следят за уровнем жидкости в сепараторе на приеме компрессора и своевременно ее дренируют во избежание попадания в компрессор. Для контроля уровня в сепараторе предусматривают звуковую и световую сигнализацию, а также блокировку, останавливающую компрессор при предельном уровне жидкости. [c.106]

Закон сохранения массы (1.35) нужен прежде всего для разумного определения с,-. Как и все законы сохранения, он выполняется в любой момент времени в замкнутой реагирующей системе. В случае открытой системы с учетом потоковых членов обобщение достигается без труда. [c.15]

Однако, в отличие от замкнутых систем, для определения скорости реакций в открытой системе недостаточно знать закон изменения во времени объема открытой системы и концентрации вещества в системе. В частности, при постоянном объеме открытой системы скорость реакции не может быть определена непосредственно графическим дифференцированием кинетической кривой накопления этого реагента. [c.378]

Замкнутые и открытые системы [c.34]

Прежде всего вид кинетического уравнения и значения входящих в него параметров (константа к и порядок реакции) не зависят от того, протекает процесс в замкнутой или открытой системе. Поэтому зависимости скорости реакции от концентраций и значения параметров, входящих в эту зависимость, установленные на основании экспериментов, проведенных в открытой системе, могут непосредственно использоваться для обработки и трактовки данных, получаемых для той же реакции в замкнутой системе. Эго весьма существенно, поскольку, как указывалось на стр. 40, скорость реакции в открытой системе (в реакторе идеального смешения) может, как правило, быть измерена со значительно большей степенью точности, чем в замкнутой системе. [c.46]

Выше указывалось, что можно получить нз условий материального баланса н замкнутой системе. Это, одиако, не означает, что (V.7) неприменимо для реакции в открытой системе, так как эти соотношения можно получить, не прибегая к условиям материального баланса, непосредственно из системы кинетических уравнений (V.4). [c.178]

Характерной особенностью термодинамики необратимых процессов является то, что в иее в явном виде входит время. Прн этом рассматриваются открытые системы, т. е. системы, которые обмениваются с окружающей средой различными веществами. Вполне очевидно, что живые организмы не могут считаться замкнутыми системами, с которыми оперирует классическая термодинамика, и являются открытыми системами. Для любой открытой системы характерно наличие непрерывного потока вещества в каком-то направлении. За счет этого в системе устанавливается градиент концентраций и одно из первостепенных значений приобретают явления переноса. Серьезной проблемой, ограничивающей применение в биологии термодинамики необратимых процессов, является то, что большая часть соотношений этой науки справедлива лишь для состояний, близких к равновесию, в то время как живые существа чаще всего весьма далеки от него. Поскольку биохимические реакции могут протекать очень быстро, не вполне ясно, может ли термодинамика необратимых процессов в том виде, как она сейчас существует, помочь в решении большинства биохимических задач. Однако в любом случае подход этот достаточно важен и при серьезном изучении биохимии без его рассмотрения никак нельзя обойтись. [c.233]

Поскольку скорости реакции по каждому из компонентов могут быть выражены с помощью соотношений (V.4) через скорости отдельных стадий и тем самым через концентрации компонентов Х , выражения (V.109) образуют систему дифференциальных уравнений, описывающую зависимость [Х ] от i, т. е. кинетику реакции в открытой системе. Для получения уравнений кинетических кривых необходимо проинтегрировать эту систему дифференциальных уравнений. При этом можно предварительно исключить из этой системы диф( )еренциальных уравнений N — q концентраций с помощью (V.111), т. е., как и в случае сложных реакции в замкнутой системе, проводить интегрирование системы, число уравнений в которой равно числу линейно независимых стадий q. [c.236]

В химической кинетике различают также реакции, протекающие в закрытых или открытых системах. Примером реакции в закрытых системах могут служить реакции в замкнутых сосудах их называют также статическими, или реакциями в статических условиях. [c.236]

Взаимодействие системы с окружающей средой может складываться из обмена механической, тепловой или другими видами энергии, а также веществом. Если ни один из этих видов взаимодействия не осуществляется, система называется изолированной. Система называется закрытой (замкнутой), если между ней и окружающей средой возможны все виды взаимодействия, кроме обмена веществом. Примером закрытой системы является закрытый сосуд с веществом, баллон с газом и т. п. Открытой называется система, которая может обмениваться с окружающей средой и веществом и энергией. Примером открытой системы является живой организм. [c.19]

В любой замкнутой или открытой системе, удовлетворяющей соотношениям Онзагера, где макроскопическая скорость равна нулю [c.325]

Защитное действие пирофосфата натрия в морской воде с увеличением его концентрации падает в открытых системах и не меняется в замкнутых. Мононатрийфосфат натрия лишь в концентрациях до 0,025 моль/л снижает скорость коррозии стали в морской воде, а при больших концентрациях может даже стимулировать коррозию. Динатрийфосфат при концентрации 0,001 моль/л и выше обеспечивает защиту стали в морской воде как в открытых, так и в закрытых системах. С меньшей эффективностью, но тем не менее надежно уменьшает скорость коррозии тринатрийфосфат. [c.99]

Если реакция происходит в замкнутом сосуде, то не существует другого способа изменения п -. Значит, эта ограниченная подрешетка представляет собой множество доступных состояний системы. Физический октант распадается на такие подрешетки, и система не может выйти за пределы той подрешетки, которой принадлежит ее начальное состояние п". В открытых системах имеются добавочные возможности изменения п они будут рассмотрены в 7.3. [c.171]

Таким образом, неравновесная термодинамика уже в линейном приближении доказывает возможность протекания в открытых системах процессов, запрещенных в замкнутых системах. Это имеет фундаментальное значение для биологии. [c.316]

Реакцию обычно проводят в открытой системе, за исключением реакций в автоклаве или реакций с участием особо токсичных или ценных соединений. В последнем случае надо использовать специальную аппаратуру. Многие несчастные случаи происходят в результате работы в замкнутой системе, поэтому следует, например, проверять осушительные трубки на способность пропускать воздух. [c.26]

В замкнутой системе продукция энтропии может только убывать со временем. В открытой системе имеется обмен веществом с внешней средой, и полное изменение энтропии описывается выражением [c.320]

В отличие от классической термодинамики, изучающей замкнутые системы, клетка рассматривается как открытая система, где существует тесная взаимосвязь процессов, протекающих в клетке и в окружающей среде. [c.72]

Существующие методы АРП (в том числе и автоматизированные варианты) основаны на отборе проб из замкнутого пространства в статической системе. Интересной и важной перспективой дальнейшего развития надо считать переход к газохроматографическому анализу паровой фазы в открытых системах, т. е. к анализу потока газа, проходящего через анализируемый раствор. [c.10]

Характеристика Замкнутая систе.ма Замкнутая система Открытая система [c.325]

Если внутри открытой системы достигнуты изотропность и равновесие в отношении распределения температуры и давления (но не химического состава системы) и процессы обмена со средой протекают равновесно, такая система может рассматриваться как находящаяся в частично равновесном состоянии. При этом общее изменение энтропии такой системы, как было показано, описывается выражением (16.5), где в условиях замкнутости системы (т.е. при отсутствии обмена веществом) / 6"= ЪО/Тописывает изменение энтропии открытой системы в результате ее равновесного теплообмена с окружающей средой. Таким образом, [c.298]

Наиболее важными понятиями термодинамики являются система, процесс, параметры состояния системы. Под системой понимают комплекс взаимосвязанных элементов (природных или созданных человеком), который способен потреблять, преобразовывать и накапливать энергию. Системы бывают открытыми, закрытыми и замкнутыми. Открытые системы обмениваются с внешней средой и веществом и энергией. Закрытые системы обмениваются с внешней средой только энергией и не обмениваются веществом. У замкнутых систем нет обмена с внешней средой ни веществом, ни энергией. Природные системы, в том числе живые, являются открытыми. Различают самоорганизующиеся (неравновесные) и несамоорганизующиеся (равновесные, косные) системы. [c.319]

Совмещенные процессы в непрерывном или ймпульсно.м режиме являются примерами открытых систем с избирательным обменом компонентами с окружающей средой через свои границы. Известно, что некоторые сравнительно простые открытые системы, иапрнмер реактор идеального вытеснения, удобно рассматривать как замкнутые системы. Однако уже в условиях интенсивной конвекции [c.188]

Применение этого определения позможно для гетерофазных процес-соп, идущих в замкнутых системах, в которых во время реакции не имеет место подача извне системы исходных веществ или выведение за пределы системы продуктов реакции. С незамкнутыми, так называемыми открытыми системами, приходится иметь дело, например, при рассмотрении химических процессов в живых организмах. Открытые системы вкратце будут рассмотрены в гл. X. [c.41]

Следует отметить, что понятия замкнутая и открытая система носят несколько условный характер, так как зависят от того, что в том или ином рассматриваемом случае понимается как система и как окружаю-щая среда. Например, при окислении жидкого углеводорода газообразным кислородом можно рассматривать обе фазы как единую замк- [c.34]

Процессы, протекающие в биологических объектах, принадлежат к так называемым открытым системам, в которых происходит постоянный обмен веществ и энергии с внешней средой. Обмен веществ в открытых системах обеспечивает непрерывное поступление и удаление различных метаболитов. В результате этого в живом организме многие реакции не достигают стадии динамического равновесия, как это происходит в замкнутых системах, например in vitro , а протекают непрерывно, находясь в состоянии стабильного превалирования прямых реакций. [c.115]

Кинетическое урав( ение имеет две важные особенности, отличающие его от уравнений кинетических кривых для компонентов реакции. Во-первых, вид кинетического уравнения ке зависит от того, протекает процесс в замкнутой или открытой системе. Поэтому зависимости скорости реакции от концентраций компонентов реакционной смеси и значения кинетических параметров, входящих в эти зависимости, установленные в экспериментах, проведенных в открытой системе, могут непосредственно использоваться для обработки и трактовки данных, получаемых для той же реакции в замкнутой системе. Это весьма существенно, поскольку, как уже указывалось, скорость реакции в открытой системе может, как правило, быть измерена со значительно большей точностью, чем в за.мкнутой системе. [c.72]

Кинетическое уравнение химического процесса не зависит от того, проводится реакция в открытой или замкнутой системе. Однако в открытой системе производная от концентрации по времени уже не является скоростью реакции, а соотношения (11.10) не могут быть использованы для установления связи между концентрациями ко.чпонентов реакционной смеси. Последнее, конечно, не означает, что концентрации компонентов реакционной смеси не зависят друг от друга. Для реактора объемом V, из которого отбирается реакционная смесь с объемной скоростью и, изменение концентрации какого-либо реагента в реакторе описывается дифференциальным уравнением [c.213]

Если элюция колонки осуществляется без насоса ( самотеком ), то при снижении уровня жидкости в колбе будет уменьшаться гидростатический папор, а следовательно, и скорость элюции. Чтобы избежать этого, можно воспользоваться колбой Мариотта (рис. 25, б). Она отличается от обычной лишь тем, что в ее горловину плотно вставлена резиновая пробка, в которой закреплена еще одна (дренажная) трубка, немного не достающая до дна колбы > открытая в атмосферу. При вытекании элюента из колбы Мариотта над его уровнем начнет создаваться разрежение, уровень жидкости в дренажной трубке будет снижаться, а затем через нее в свободный объем над элюентом пузырьками начнет поступать воздух. Этому моменту отвечает равенство суммы давлений слоя элюента и разреженного воздуха над ним атмосферному давлению, которое будет сохраняться до тех пор, пока уровень элюента не опустится до конца дренажной трубки. Таким образом, колба Мариотта ведет себя как открытый сосуд, в котором уровнь жидкости остается неизменным на высоте нижнего конца дренажной трубки. От этой высоты в замкнутой гидравлической системе, куда входит и колонка, следует отсчитывать перепад уровней, создающий гидравлический напор Н (рис. 25, г). Когда система замкнута, колбу Мариотта (так же как открытую колбу) можно опускать пли поднимать, изменяя величину напора Н и Скорость элюции. Можно опускать колбу и ниже верхнего конца колонки. Замкнутая гидравлическая система работает как сифон. В этом случае особенно важно быть уверенным в герметичности посадки пробки в гнездо колонки. На рис. 25, в показан другой популярный вариант колбы Мариотта, в котором используется делительная воронка, установленная непосредственно на колонку. [c.73]

Термодинамические системы. См. также Термодинамика закрытые, см. Закрытые системы замкнутые 2/351, 361, 362, 672, 690 зарождение новой фазы 2/317, 318 иерархические 4/lOfiZ, 464, 574, 1063, 1064 5/466, 511 изолированные, см. Изолированные системы изотопные эффекты 2/385 открытые, см. Открытые системы равновесие, см. Термодинамическое равновесие [c.720]

Аденозинтрифосфат играет ключевую роль во внутреннем метаболизме. В 1941 г. Липманн предложил концепцию энергетиче-ски-богатых фосфатных связей для того, чтобы объяснить, почему кажется, что стандартная свободная энергия гидролиза АТР и других родственных фосфатов, например креатинфосфата, является существенно более высокой, чем стандартная свободная энергия гидролиза других фосфатов, таких как АМР [36]. Эту концепцию часто применяли при обсуждении реакций АТР [37]. В ряде случаев было заявлено, что АТР может запасать энергию, освобождающуюся в результате деградационных процессов метаболизма и может использовать запасенную энергию по мере необходимости для осуществления синтетических реакций. Недавно концепция энергетически-богатых фосфатных связей была подвергнута критической переоценке [38] и сделан вывод, что концепция Липманна применима лишь для замкнутых систем, с энер-гетически-связанными реакциями. Поскольку реальные организмы являются открытыми системами, то к ним, строго говоря, не может быть применена концепция энергетически-богатых связей и, несмотря на то, что эфиры фосфатов могут быть расположены в порядке уменьшения стандартной свободной энергии их гидролиза, это может служить лишь указанием на направление трансфосфо-рилирования в замкнутой системе. [c.147]