Termodynamika živých a chemických syst. - KME/TZCH
Garant
Cíle předmětu
Student porozumí následující problematice:- Struktura termodynamiky - jednoduché systémy, druhý termodynamický zákon, entropie.
- Problematika nerovnováhy - produkce entropie, termodynamické toky a síly, disipativní struktury.
- Stabilita.
- Základy chemické termodynamiky, autokatalytické reakce, cykly.
- Chemické reakce v živých systémech, toky energie, změny konformací proteinových molekul.
- Molekulární stroje, práce na molekulární úrovni, bičíky, svalový mechanismus.
- Otevřené problémy.
Přehled látky
1. O čem je termodynamika, pojem práce, pojem tepla. První termodynamický zákon, energie. Jednoduchý systém. Druhý termodynamický zákon, teplo jako diferenciální forma, entropie. Druhý termodynamický zákon a živé systémy.2. Ilustrace termodynamiky - ideální plyn, rovnice "90-procent", produkce entropie, termodynamické toky a síly, lineární termodynamika.
3. Základy chemie, chemická vazba, chemické reakce, katalyzátor, exotermické a endotermické reakce.
4. Systémy s výměnou částic a chemické reakce (elektrochemický potenciál, afinita, zákon působících hmot).
5. Pojem a význam stability, stabilita a vznik struktur (jednoduchá ilustrace na difúzní rovnici s nelineárním členem), druhý diferenciál entropie.
6. Základní klasifikace termodynamických systémů z hlediska stability: rovnováha, blízko od rovnováhy, daleko od rovnováhy. Disipativní struktury.
7. Chemické reakce v systémech daleko od rovnováhy, stabilita, význam autokatalytických reakcí pro živé systémy.
8. Proteiny a jejich konformace, ligandy, mechanismy pohybu v živých systémech. Struktura živé buňky, cytoskeletální síť.
9. Základy fyziky makromolekul, polymerní řetězce, příklady.
10. Fraktály - základní ideje, matematický model fraktální křivky, fraktální povrchy v živých systémech - souvislost s metabolismem.
Odborné dovednosti po absolvování předmětu
- řešit jednoduché úlohy z rovnovážní nerovnovážné termodynamiky, má však dobrý základ i pro řešení složitějších problémů z oblasti živých systémů a chemických reakcí
- velmi dobře své znalosti uplatnit i v pedagogickém působení na všech úrovních terciárního vzdělávání
- student je schopen uplatnit své odborné znalosti k další specializaci v oblasti kontinuální fyziky a termomechaniky
- student je schopen velmi dobře získané znalosti uplatnit i v pedagogickém působení
Požadavky na studenta
Podmínky zápočtu:zápočtový test (v rozsahu výuky).
Podmínky zkoušky:
Studenti musí ověřitelným způsobem předvést znalosti z předepsané látky.
Doporučená literatura
- Dvořák, Ivan; Andrej, Ladislav; Maršík, František: Biotermodynamika , Praha : Academia, 1982
- Kondepudi, Dilip; Prigogine, Ilya: Modern thermodynamics : from heat engines to dissipative structures , Chichester : John Wiley & Sons, 1998
- Kvasnica, Jozef: Termodynamika , Praha : SNTL, 1965