FIZYKA i FIZYKA i BIOFIZYKABIOFIZYKA

prezentacja do wykładu 4.prezentacja do wykładu 4.

Elementy termodynamiki bioenergetyka

Dr Dorota Wierzuchowska

TERMODYNAMIKATERMODYNAMIKA

Dział fizyki, który zajmuje się Dział fizyki, który zajmuje się właściwościami cieplnymi układów właściwościami cieplnymi układów makroskopowych zaniedbując, w makroskopowych zaniedbując, w odróżnieniu od fizyki statystycznej, odróżnieniu od fizyki statystycznej, mikroskopową budowę ciał tworzących mikroskopową budowę ciał tworzących układ. Zajmuje się przemianami układ. Zajmuje się przemianami energetycznymi i warunkami równowagi w energetycznymi i warunkami równowagi w układach termodynamicznych.układach termodynamicznych.

Układ termodynamicznyUkład termodynamiczny

wyodrębnione z otoczenia ciało wyodrębnione z otoczenia ciało lub zespół ciał makroskopowych.lub zespół ciał makroskopowych.

zamkniętyzamknięty- nie wymienia z otoczeniem ani - nie wymienia z otoczeniem ani materii ani energii, jest izolowany materii ani energii, jest izolowany adiabatycznie (nie wymienia z otoczeniem adiabatycznie (nie wymienia z otoczeniem ciepła) i mechanicznie (nie wymienia ciepła) i mechanicznie (nie wymienia energii poprzez wykonanie pracy).energii poprzez wykonanie pracy).

otwartyotwarty- może wymieniać energię i materię- może wymieniać energię i materię

Stan układuStan układu

określony jest wielkościami fizycznymi określony jest wielkościami fizycznymi nazywanymi parametrami stanu:nazywanymi parametrami stanu:

objętość Vobjętość V ciśnienie pciśnienie p temperatura T.temperatura T.

Parametry związane są równaniem stanu Parametry związane są równaniem stanu np. równaniem stanu gazu doskonałego:np. równaniem stanu gazu doskonałego:

nRTpV

TemperaturaTemperatura Związana jest z chaotycznym ruchem Związana jest z chaotycznym ruchem

cząsteczek danej substancji. Jest cząsteczek danej substancji. Jest proporcjonalna do średniej energii proporcjonalna do średniej energii kinetycznej ruchu postępowego.kinetycznej ruchu postępowego.

Zgodnie z zasadą ekwipatrycji energii, na Zgodnie z zasadą ekwipatrycji energii, na każdy stopień swobody cząsteczki gazu każdy stopień swobody cząsteczki gazu doskonałego przypada energia:doskonałego przypada energia:

kTEk 2

1

Funkcje stanuFunkcje stanu parametry wyznaczają stan układu parametry wyznaczają stan układu

scharakteryzowany przez funkcje stanu.scharakteryzowany przez funkcje stanu. Przejście układu do innego stanu- proces Przejście układu do innego stanu- proces

termodynamiczny- związany jest ze zmianą termodynamiczny- związany jest ze zmianą parametrów i funkcji stanu.parametrów i funkcji stanu.

Funkcja stanu jest to wielkość fizyczna, Funkcja stanu jest to wielkość fizyczna, której zmiana wartości nie zależy od rodzaju której zmiana wartości nie zależy od rodzaju procesu w wyniku którego ta zmiana procesu w wyniku którego ta zmiana nastąpiła.nastąpiła.

Jedną z funkcji stanu jest energia wewnętrzna, Jedną z funkcji stanu jest energia wewnętrzna, kosztem której układ może wykonać pracę lub kosztem której układ może wykonać pracę lub oddać ciepło.oddać ciepło.

Energia wewnętrznaEnergia wewnętrzna

Jest to suma wszystkich energii cząsteczek Jest to suma wszystkich energii cząsteczek danego ciaładanego ciała: energii kinetycznej chaotycznego : energii kinetycznej chaotycznego ruchu postępowego, obrotowego, drgań ruchu postępowego, obrotowego, drgań wewnątrz cząsteczki, energii potencjalnej wewnątrz cząsteczki, energii potencjalnej związanej z oddziaływaniem między związanej z oddziaływaniem między cząsteczkami.cząsteczkami.

Energia wewnętrzna może być przekazywana w Energia wewnętrzna może być przekazywana w procesie wykonywania pracy lub przekazywania procesie wykonywania pracy lub przekazywania ciepła.ciepła.

CiepłoCiepło

Ciepłem nazywamy tą część energii Ciepłem nazywamy tą część energii wewnętrznej, która może być wewnętrznej, która może być przekazywana pod wpływem różnicy przekazywana pod wpływem różnicy temperatur.temperatur.

Jest formą przekazu energii między Jest formą przekazu energii między dwoma ciałami. Następuje spontanicznie z dwoma ciałami. Następuje spontanicznie z ciała cieplejszego do chłodniejszego. ciała cieplejszego do chłodniejszego. Ustaje, gdy temperatury się wyrównają.Ustaje, gdy temperatury się wyrównają.

Ciepło nie jest funkcją stanu.Ciepło nie jest funkcją stanu.

Rezultatem pobierania lub oddawania Rezultatem pobierania lub oddawania ciepła jest zmiana stanu ciała: albo ciepła jest zmiana stanu ciała: albo dochodzi dodochodzi do

przemian fazowych:przemian fazowych:

Q=mLQ=mL, L-ciepło przemiany, L-ciepło przemiany albo do zmiany temperatury:albo do zmiany temperatury:

Q=CQ=CTT pojemność cieplna C=mcpojemność cieplna C=mcww

Ciepło właściweCiepło właściwe

Ilość ciepła jaką trzeba dostarczyć do Ilość ciepła jaką trzeba dostarczyć do jednostki masy ciała, aby spowodować jednostki masy ciała, aby spowodować przyrost temperatury o jedną jednostkę przyrost temperatury o jedną jednostkę (jeden stopień).(jeden stopień).

Ciepło właściwe wody 4186 JCiepło właściwe wody 4186 Jkgkg-1-1KK-1-1

Tm

Qcw

Przemiany fazowePrzemiany fazowe

Ogrzewanie lodu

Ogrzewanie wodyTopnienie

lodu

Q

Tt

Zerowa zasada termodynamikiZerowa zasada termodynamiki

Ciała mające jednakową temperaturę Ciała mające jednakową temperaturę znajdują się w równowadze znajdują się w równowadze termodynamicznej. termodynamicznej.

Warunkiem przepływu ciepła jest różnica Warunkiem przepływu ciepła jest różnica parametru, który nazywamy temperaturą.parametru, który nazywamy temperaturą.

Sposoby przenoszenia ciepłaSposoby przenoszenia ciepła

PrzewodzeniePrzewodzenie KonwekcjaKonwekcja Promieniowanie cieplnePromieniowanie cieplne

Przewodzenie ciepłaPrzewodzenie ciepła

Polega na stopniowym ogrzewaniu ciał i Polega na stopniowym ogrzewaniu ciał i przenoszeniu energii cieplnej skutkiem przenoszeniu energii cieplnej skutkiem zderzeń między cząsteczkami i zderzeń między cząsteczkami i elektronami ciał. elektronami ciał.

O zdolności do przewodzenia ciepła O zdolności do przewodzenia ciepła decydują wiązania międzycząsteczkowe. decydują wiązania międzycząsteczkowe. Ciała w których elektrony zewnętrzne są Ciała w których elektrony zewnętrzne są słabo związane są dobrymi przewodnikami słabo związane są dobrymi przewodnikami ciepła (i elektryczności).ciepła (i elektryczności).

Transport ciepłaTransport ciepła

Strumień ciepłaStrumień ciepła QQt przechodzący przez t przechodzący przez powierzchnię A proporcjonalny jest do różnicy powierzchnię A proporcjonalny jest do różnicy temperatur temperatur T w warstwie o grubości T w warstwie o grubości x:x:

przewodnictwo cieplne właściwe przewodnictwo cieplne właściwe

w W/mK: srebro- 420, woda- 0.59, skóra i w W/mK: srebro- 420, woda- 0.59, skóra i mięśnie- 0.33-1.5, powietrze- 0.023mięśnie- 0.33-1.5, powietrze- 0.023

x

TA

t

Q

KonwekcjaKonwekcja

Zjawisko unoszenia ciepła za Zjawisko unoszenia ciepła za pośrednictwem poruszającej się pośrednictwem poruszającej się substancji. Przenoszenie ciepła w substancji. Przenoszenie ciepła w cieczach i gazach odbywa się głównie cieczach i gazach odbywa się głównie skutkiem ruchu płynu. skutkiem ruchu płynu.

np. cieplejsze powietrze ma mniejszą np. cieplejsze powietrze ma mniejszą gęstość i skutkiem działania siły wyporu gęstość i skutkiem działania siły wyporu unoszone jest do góry.unoszone jest do góry.

Konwekcja w kuchenceKonwekcja w kuchence

Promieniowanie cieplnePromieniowanie cieplne Każde ciało ogrzane do temp. TKażde ciało ogrzane do temp. Tcc nie wyższej niż 500 nie wyższej niż 500ooC, C,

emituje najwięcej promieniowania podczerwonego. emituje najwięcej promieniowania podczerwonego. Strumień ciepła oddawanego do otoczenia wyraża się Strumień ciepła oddawanego do otoczenia wyraża się prawem Stefana-Boltzmana:prawem Stefana-Boltzmana:

a- zdolność absorpcyjna powierzchni promieniująceja- zdolność absorpcyjna powierzchni promieniującej 5,67x105,67x10-8 -8 W/(mW/(m22KK44) stała promieniowania ciała ) stała promieniowania ciała

doskonale czarnegodoskonale czarnego

)( 44oc TTaA

t

Q

Prawo ostygania (ogrzewania)Prawo ostygania (ogrzewania)

Strumień ciepła oddawany przez ciało o temp. Strumień ciepła oddawany przez ciało o temp. TTcc do powietrza o temp. T do powietrza o temp. Tp p jest proporcjonalny jest proporcjonalny

do różnicy temperatur:do różnicy temperatur:

Współczynnik ostyganiaWspółczynnik ostygania zależy od ruchu zależy od ruchu powietrza, jego gęstości, wilgotności, lepkości, powietrza, jego gęstości, wilgotności, lepkości, kształtu stygnącej powierzchnikształtu stygnącej powierzchni

)( oc TTAt

Q

Pierwsza zasada termodynamikiPierwsza zasada termodynamiki

Każdy proces musi przebiegać zgodnie z Każdy proces musi przebiegać zgodnie z zasadą zachowania energii, a więc zasadą zachowania energii, a więc przyrost energii wewnętrznej układuprzyrost energii wewnętrznej układu UUmoże się odbyć kosztem może się odbyć kosztem dostarczonego do układu ciepła dostarczonego do układu ciepła Q i Q i wykonanej nad układem pracy wykonanej nad układem pracy W:W:

U=U=Q+Q+WW

PracaPraca PracaPraca W może być pracą objętościową W może być pracą objętościową

WWoo, związaną ze zmianą objętości układu , związaną ze zmianą objętości układu

oraz pracą nieobjętościową oraz pracą nieobjętościową WWnono, (pracą , (pracą

wszystkich innych rodzajów: elektryczną, wszystkich innych rodzajów: elektryczną, osmotyczną, na pokonanie sił tarcia itp.)osmotyczną, na pokonanie sił tarcia itp.)

I zasadę termodynamiki można zapisać:I zasadę termodynamiki można zapisać:

U=U=Q+ Q+ WWoo + + WWnono

Praca objętościowaPraca objętościowa

Związana jest ze zmianą objętości układu:Związana jest ze zmianą objętości układu:

pdVdW

VpW

xAVpAF

xFW

o

o

o

;

x

F

U=U=Q+ Q+ WWoo + + WWnono

U=U=Q+ Q+ WWno no – p– pVV

U zmiana energii wewnętrznej układuU zmiana energii wewnętrznej układu Q ciepło dostarczone do układuQ ciepło dostarczone do układu – – ppV praca objętościowa wykonana nad V praca objętościowa wykonana nad

układemukładem WWno no praca nieobjętościowa wykona nad praca nieobjętościowa wykona nad

układemukładem

Druga zasada termodynamikiDruga zasada termodynamiki

Wyznacza kierunek przebiegu procesów Wyznacza kierunek przebiegu procesów termodynamicznych. W układzie termodynamicznych. W układzie zamkniętymzamkniętym ( (Q=0) w żadnym procesie Q=0) w żadnym procesie entropia nie może maleć, w procesach entropia nie może maleć, w procesach odwracalnych jest stałaodwracalnych jest stała..

S S ≥ 0≥ 0 Procesy zachodzące w przyrodzie są Procesy zachodzące w przyrodzie są

nieodwracalne, a wiec związane ze nieodwracalne, a wiec związane ze wzrostem entropii. wzrostem entropii.

EntropiaEntropia Entropia S jest funkcją stanu, miarą Entropia S jest funkcją stanu, miarą

„nieuporządkowania” układu, czyli ilości „nieuporządkowania” układu, czyli ilości mikrostanów realizujących dany mikrostanów realizujących dany makrostan (W-pradopodobieństwo makrostan (W-pradopodobieństwo termodynamiczne).termodynamiczne).

S=kS=k··lnWlnW Dla procesów przebiegających Dla procesów przebiegających

nieskończenie powoli (quasi-statycznych) nieskończenie powoli (quasi-statycznych) ciepło dostarczone do układuciepło dostarczone do układu

Q= TQ= T··SS

Procesy odwracalne Procesy odwracalne i nieodwracalnei nieodwracalne

W procesach odwracalnych, w których możliwy W procesach odwracalnych, w których możliwy jest powrót układu do stanu początkowego bez jest powrót układu do stanu początkowego bez zmian w otoczeniu:zmian w otoczeniu:

W procesach nieodwracalnychW procesach nieodwracalnych

T

QS

T

QS

Organizmy żywe są układami Organizmy żywe są układami otwartymi i zachodzą w nich procesy otwartymi i zachodzą w nich procesy nieodwracalne. Wzrost stopnia nieodwracalne. Wzrost stopnia uporządkowania i życie w stanach uporządkowania i życie w stanach stacjonarnych, bez wzrostu entropii stacjonarnych, bez wzrostu entropii oznaczającego śmierć, jest możliwe oznaczającego śmierć, jest możliwe dzięki oddawaniu wytworzonej dzięki oddawaniu wytworzonej entropii do otoczenia. Organizmy entropii do otoczenia. Organizmy pobierają ujemną entropię z pobierają ujemną entropię z otoczenia, „żywią się negentropią”.otoczenia, „żywią się negentropią”.

Energia wewnętrznaEnergia wewnętrzna

W procesach izochorycznych V=const W procesach izochorycznych V=const więcwięc V=0V=0 i praca wykonana nad układemi praca wykonana nad układem W=0. W=0.

Q=Q=UU

Przyrost energii wewnętrznej jest równy Przyrost energii wewnętrznej jest równy ciepłu dostarczonemu do układu.ciepłu dostarczonemu do układu.

EntalpiaEntalpia W procesie izobarycznym, w którym układ W procesie izobarycznym, w którym układ

wykonuje jedynie pracę objętościową: wykonuje jedynie pracę objętościową: p=const,p=const, WWnono=0=0

Q=Q=U+pU+pV=V=U+pV)=U+pV)=HH Entalpia H=U+pV jest funkcją stanu.Entalpia H=U+pV jest funkcją stanu. Przyrost entalpii jest równy ilości ciepła Przyrost entalpii jest równy ilości ciepła

dostarczonego układowi w procesie dostarczonego układowi w procesie izobarycznym. Gdy izobarycznym. Gdy H<0 proces jest H<0 proces jest egzotermiczny.egzotermiczny.

Energia swobodnaEnergia swobodna Dla procesów odwracalnych Dla procesów odwracalnych Q= TQ= T··S :S :

W=-W=-U+TU+TSS W procesach izotermicznych T=constW procesach izotermicznych T=const

W=-W=-U-TS)= -U-TS)= -FF Energia swobodna F=U-TS jest funkcją stanu. Energia swobodna F=U-TS jest funkcją stanu.

Praca jaką układ wykonuje w odwracalnej Praca jaką układ wykonuje w odwracalnej przemianie izotermicznej jest równa ubytkowi przemianie izotermicznej jest równa ubytkowi energii swobodnej. W przemianach energii swobodnej. W przemianach nieodwracalnych jest mniejsza.nieodwracalnych jest mniejsza.

Zmiana energii swobodnej Zmiana energii swobodnej F jest w F jest w samorzutnych procesach izotermicznych samorzutnych procesach izotermicznych F F ≤0. ≤0. Są to przemiany egzoergiczne.Są to przemiany egzoergiczne.

Energia związanaEnergia związana

Część energii wewnętrznej Część energii wewnętrznej

TS TS

nie może być wykorzystana na żadną nie może być wykorzystana na żadną pracę zewnętrzną i jest nazywana energią pracę zewnętrzną i jest nazywana energią związaną.związaną.

Entropia jest miarą tej „bezużytecznej” Entropia jest miarą tej „bezużytecznej” części energii wewnętrznej układu.części energii wewnętrznej układu.

Entalpia swobodnaEntalpia swobodna W procesach izotermiczno-izobarycznych układ W procesach izotermiczno-izobarycznych układ

może również wykonać pracę nieobjętościową:może również wykonać pracę nieobjętościową:

WWnono==WWppVV

W=-W=-UUTS)TS)

WWnono==U-TS)U-TS)ppV= =V= =U +pU +pV -TS)= -V -TS)= -GG Entalpia swobodna G=H-TS jest funkcją stanu. Entalpia swobodna G=H-TS jest funkcją stanu.

Ubytek entalpii swobodnej -Ubytek entalpii swobodnej -G jest maksymalną G jest maksymalną pracą nieobjętościową jaką układ może pracą nieobjętościową jaką układ może wykonać. W samorzutnych procesach wykonać. W samorzutnych procesach izotermiczno-izobarycznych izotermiczno-izobarycznych G G ≤0≤0

Reakcje endoergiczneReakcje endoergiczne

Samorzutnie mogą zachodzić tylko reakcje Samorzutnie mogą zachodzić tylko reakcje egzoergiczne:egzoergiczne: F F ≤0 i ≤0 i G G ≤0. Wykorzystanie ≤0. Wykorzystanie entalpii swobodnej tych reakcji do np. skurczu entalpii swobodnej tych reakcji do np. skurczu mięśni, transportu aktywnego, syntezy mięśni, transportu aktywnego, syntezy chemicznej, reakcji endoergicznych, następuje chemicznej, reakcji endoergicznych, następuje poprzez wcześniejszą jej akumulację w poprzez wcześniejszą jej akumulację w wiązaniach ATP.wiązaniach ATP.

Synteza sacharozy z glukozy i fruktozy może Synteza sacharozy z glukozy i fruktozy może zachodzić w sprzężeniu z egzoergiczną reakcją zachodzić w sprzężeniu z egzoergiczną reakcją fosforylacji glukozy z udziałem ATP:fosforylacji glukozy z udziałem ATP:

ATP+ glukoza+ fruktoza → sacharoza +ADP + PATP+ glukoza+ fruktoza → sacharoza +ADP + P**

Potencjał termodynamicznyPotencjał termodynamiczny

Jeżeli w procesie uczestniczy więcej niż jeden Jeżeli w procesie uczestniczy więcej niż jeden składnik to możemy określić entalpię swobodną składnik to możemy określić entalpię swobodną G przypadającą na jeden mol danego składnika.G przypadającą na jeden mol danego składnika.

Zmiana Zmiana G związana ze zmianą liczby moli i-G związana ze zmianą liczby moli i-tego składnika tego składnika nnii, (jest równa pracy , (jest równa pracy W) W)

G=G=nnii

ii jest potencjałem termodynamicznym i-tego jest potencjałem termodynamicznym i-tego

składnikaskładnika

Równowaga osmotycznaRównowaga osmotyczna

Jeżeli układ przedzielony jest błoną Jeżeli układ przedzielony jest błoną przepuszczalną jedynie dla przepuszczalną jedynie dla rozpuszczalnika, to rozpuszczalnik będzie rozpuszczalnika, to rozpuszczalnik będzie przepływać do obszaru gdzie potencjał przepływać do obszaru gdzie potencjał chemiczny substancji rozpuszczonej jest chemiczny substancji rozpuszczonej jest większy, do momentu gdy ciśnienie większy, do momentu gdy ciśnienie hydrostatyczne po stronie substancji hydrostatyczne po stronie substancji rozpuszczonej zrównoważy ciśnienie rozpuszczonej zrównoważy ciśnienie osmotyczne osmotyczne po stronie czystego po stronie czystego rozpuszczalnika. rozpuszczalnika.

Prawo van’t HoffaPrawo van’t Hoffa

Ciśnienie osmotyczne dla roztworów Ciśnienie osmotyczne dla roztworów idealnych (bardzo rozcieńczonych) w idealnych (bardzo rozcieńczonych) w przypadku nieelektrolitów:przypadku nieelektrolitów:

= c R T= c R T

c- stężenie molowec- stężenie molowe

R- stała gazowaR- stała gazowa

T- temperaturaT- temperatura

Deplazmoliza i plazmolizaDeplazmoliza i plazmoliza

Zjawisko osmozy odpowiedzialne jest zaZjawisko osmozy odpowiedzialne jest za pęcznienie komórek umieszczonych w pęcznienie komórek umieszczonych w

wodzie i roztworach hipotonicznych, o wodzie i roztworach hipotonicznych, o mniejszym ciśnieniu osmotycznymmniejszym ciśnieniu osmotycznym

oraz obkurczanie komórek umieszczonych oraz obkurczanie komórek umieszczonych w roztworach hipertonicznych, o większym w roztworach hipertonicznych, o większym ciśnieniu osmotycznym.ciśnieniu osmotycznym.

(dokładnie błony biologiczne nie są (dokładnie błony biologiczne nie są półprzepuszczalne, są selektywne)półprzepuszczalne, są selektywne)

Rozszerzalność cieplna ciałRozszerzalność cieplna ciał

Ze wzrostem temperatury ciała Ze wzrostem temperatury ciała zwiększają swoje rozmiary. W zwiększają swoje rozmiary. W przypadku ciał stałych obserwujemy przypadku ciał stałych obserwujemy zarówno zwiększanie długości, jak i zarówno zwiększanie długości, jak i objętości. W cieczach i gazach objętości. W cieczach i gazach występuje rozszerzalność występuje rozszerzalność objętościowa. Wyjątek stanowi woda, objętościowa. Wyjątek stanowi woda, która w pewnym zakresie temperatur która w pewnym zakresie temperatur (od 0(od 0ooC do 4C do 4ooC) zmniejsza swą C) zmniejsza swą objętość przy ogrzewaniu.objętość przy ogrzewaniu.

Rozszerzalność liniowa i Rozszerzalność liniowa i objętościowaobjętościowa

Zmiana długościZmiana długości l l ciała jest ciała jest proporcjonalnaproporcjonalna do zmiany temperaturydo zmiany temperatury tt oraz do długości początkowej l:oraz do długości początkowej l:

l = l = lltt . . Podobnie zmiana objętości:Podobnie zmiana objętości:

V = V = VVtt.. - - współczynniki rozszerzalności współczynniki rozszerzalności

liniowej i objętościowejliniowej i objętościowej..

Prawo Clapeyrona-ClaussiusaPrawo Clapeyrona-Claussiusa

Zależność temperatury przemiany od Zależność temperatury przemiany od ciśnienia:ciśnienia:

Q=T (V – VQ=T (V – Voo) ) p/p/ VVo o V- objętości przed i po przemianieV- objętości przed i po przemianie

Dla ciał, które topniejąc zmniejszają swoją Dla ciał, które topniejąc zmniejszają swoją objętość temperatura topnienia obniża się objętość temperatura topnienia obniża się ze wzrostem ciśnienia. ze wzrostem ciśnienia.

regelacja lodu, jazda na łyżwach, klejenie regelacja lodu, jazda na łyżwach, klejenie śnieguśniegu

TermoregulacjaTermoregulacja

Utrzymanie homeostazy, stałości parametrów, Utrzymanie homeostazy, stałości parametrów, wymaga termoregulacji sterującej procesami wymaga termoregulacji sterującej procesami wytwarzania i oddawania ciepła.wytwarzania i oddawania ciepła.

Utrzymanie stałej temperatury ciała wymaga Utrzymanie stałej temperatury ciała wymaga odprowadzenia wytworzonego ciepła.odprowadzenia wytworzonego ciepła.

ok. 70% przez konwekcję i promieniowanieok. 70% przez konwekcję i promieniowanie ok. 30% przez parowanie z płuc i powierzchni ok. 30% przez parowanie z płuc i powierzchni

skóryskóry

Układ termoregulacjiUkład termoregulacji

Podwzgórze na podstawie temperatury Podwzgórze na podstawie temperatury docierającej krwi uruchamia procesy nie docierającej krwi uruchamia procesy nie dopuszczające do utraty ciepła (część dopuszczające do utraty ciepła (część tylna) lub włącza mechanizmy oddawania tylna) lub włącza mechanizmy oddawania jego nadmiaru (część przednia). jego nadmiaru (część przednia). Wspomagane przez mniej czułe, ale Wspomagane przez mniej czułe, ale szybciej reagujące dwa rodzaje szybciej reagujące dwa rodzaje receptorów obwodowych: reagujących na receptorów obwodowych: reagujących na wzrost i spadek temperatury.wzrost i spadek temperatury.

PodwzgórzePodwzgórze

Zadaniem podwzgórza jest Zadaniem podwzgórza jest utrzymanie temperatury wnętrza ciała utrzymanie temperatury wnętrza ciała na poziomie temperatury odniesienia, na poziomie temperatury odniesienia, zmieniającej się w rytmie dobowym, zmieniającej się w rytmie dobowym, w stanach chorobowych, pobudzenia w stanach chorobowych, pobudzenia emocjonalnego.emocjonalnego.

Mechanizmy regulacji temperaturyMechanizmy regulacji temperatury

W środowisku neutralnym utrzymanie stałości W środowisku neutralnym utrzymanie stałości temperatury odbywa się bez udziału temperatury odbywa się bez udziału termoregulacji. termoregulacji.

Przy odchyleniach od tego stanu włączają się: Przy odchyleniach od tego stanu włączają się: regulacja fizyczna - reakcje naczynioruchowe, regulacja fizyczna - reakcje naczynioruchowe,

wzmożone pocenie, wzmożone pocenie, regulacja chemiczna - pobudzenie metabolizmu, regulacja chemiczna - pobudzenie metabolizmu,

zwiększenie napięcia mięśniowego (drżenie), zwiększenie napięcia mięśniowego (drżenie), reakcje hormonalne, reakcje hormonalne,

Granice tolerancji zmian temperatury Granice tolerancji zmian temperatury wewnętrznejwewnętrznej

Odchylenia o 2Odchylenia o 2ooC są tolerowaneC są tolerowane HipertermiaHipertermia: wzrost do 41-42 : wzrost do 41-42 ooC wprowadza C wprowadza

zakłócenia i wyłączenie termoregulacji. zakłócenia i wyłączenie termoregulacji. Wzmożenie procesów metabolicznych powoduje Wzmożenie procesów metabolicznych powoduje dodatnie sprzężenie zwrotne. Przy temperaturze dodatnie sprzężenie zwrotne. Przy temperaturze 44-4544-45ooC następuje śmierć.C następuje śmierć.

HipotermiaHipotermia: obniżenie do 33: obniżenie do 33ooC powoduje C powoduje zakłócenia, a do 30zakłócenia, a do 30ooC wyłączenie C wyłączenie termoregulacji, przy 28termoregulacji, przy 28ooC pojawia się zagrożenie C pojawia się zagrożenie życia, ale pod kontrolą można obniżyć do 28życia, ale pod kontrolą można obniżyć do 28ooC.C.

Efekt cieplarnianyEfekt cieplarniany Stała słoneczna Stała słoneczna aa wyraża ilość energii wyraża ilość energii

słonecznej docierającej do Ziemi w jednostce słonecznej docierającej do Ziemi w jednostce czasu na jednostkę powierzchni ustawionej czasu na jednostkę powierzchni ustawionej prostopadle do kierunku promieniowania w prostopadle do kierunku promieniowania w górnej warstwie atmosfery a=1.4 kW/mgórnej warstwie atmosfery a=1.4 kW/m22

Ziemia tą energię absorbuje, a następnie emituje Ziemia tą energię absorbuje, a następnie emituje w postaci promieniowania podczerwonego. COw postaci promieniowania podczerwonego. CO22, ,

para wodna i in., to promieniowanie pochłaniają i para wodna i in., to promieniowanie pochłaniają i emitują w kierunku Ziemi. Nadwyżka gazów emitują w kierunku Ziemi. Nadwyżka gazów cieplarnianych powoduje zatrzymywanie energii i cieplarnianych powoduje zatrzymywanie energii i ocieplenie Ziemi.ocieplenie Ziemi.

Bilans energetyczny Bilans energetyczny ZiemiZiemi