Опишите принцип И.Пригожина и приведите примеры

Общее изменение энтропии dS открытой системы может происходить независимо

либо за счет процессов обмена с внешней средой (d _e S), либо вследствие внутренних необратимых процессов (d _i S): dS = d _e S + d _i S

Энергетическую характеристику открытой, или условно изолированной биологической системы в соответствии со вторым принципом термодинамики можно дать на основе баланса (обмена) энтропии.

Пусть dS / dt - скорость изменения энтропии открытой системы,

d_iS / dt - скорость образования энтропии в системе за счет внутренних необратимых процессов, d_eS / dt – скорость обмена энтропией с внешней средой

Уравнение Пригожина:

d_iS / dt по определению всегда положительно,

d_eS / dt может быть как положительным, так и отрицательным.

Это уравнение выражает суть энергетических процессов, происходящих в открытой биологической системе.

Стационарное состояние биосистем. Теорема Пригожина

Особенностью биосистем является то, что они не просто открытые системы, но системы, находящиеся в стационарном состоянии.

При стационарном состоянии приток и отток энтропии происходят с постоянной скоростью, поэтому общая энтропия системы не меняется во времени (dS / dt =0).

Классической моделью стационарного состояния является система баков (модель Бэртона)

Теорема Пригожина:

В стационарном состоянии скорость возрастания энтропии, обусловленного протеканием необратимых процессов, имеет положительное и минимальное из возможных значение d_i S / dt > 0 ® min

В этом состоит критерий направленности необратимых процессов в открытых системах, находящихся вблизи равновесия.

Нахождение системы в экстремуме, соответствующем минимуму производства энтропии, обеспечивает ей наиболее устойчивое состояние.

Охарактеризуйте неустойчивое стационарное состояние организма и примеры.

Одной из важнейших характеристик биологических систем явля­ется устойчивость стационарных состояний. Устойчивое стационар­ное состояние характеризуется тем, что при отклонении системы от стационарного уровня в ней возникают силы, стремящиеся вернуть ее в первоначальное положение.

Внешние воздействия вызывают в неустойчивой стационарной системе нарастающие изменения, в результате которых система пе­реходит или в устойчивое стационарное состояние (при дополни­тельной затрате энергии), или в состояние термодинамического равновесия.

Диаграмма устойчивого (а) и неустойчивого (b) стационарных состояний в открытой системе

В случае если построить график зависимости Т∙dS/dt от h (где Т - темпе­ратура, dS/dt - скорость производства энтропии, h - какой-либо по­казатель стационарного уровня системы), то для устойчивого ста­ционарного состояния график будет представлен в виде параболы, ветви которой направлены вверх. При неустойчивом стационарном состоянии ветви параболы направлены вниз. Точка А является наи­более устойчивой. В случае если же поместить шарик во внутрь параболы, то его положение наиболее устойчиво. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, устойчивое стационарное состояние характеризуется тем, что система не может самопроизвольно выйти из него за счет внутренних изменений (ша­рик из точки А не может скатиться в точку В самопроизвольно, для этого нужно совершить работу). Точка Ai - наиболее неустойчивое состояние системы, так как под влиянием любого внешнего толчка шарик, помещенный в эту точку, быстро удаляется от нее.