3.1: Первый закон термодинамики

Первый закон термодинамики касается общего количества энергии во Вселенной. В нем говорится, что это общее количество энергии является постоянным. Другими словами, во Вселенной всегда было и всегда будет одинаковое количество энергии. Энергия существует во многих различных формах. Согласно первому закону термодинамики, энергия может перемещаться из места в место или трансформироваться в разные формы, но не может быть создана или уничтожена. Передача и трансформация энергии происходят вокруг нас постоянно. Лампочки преобразуют электрическую энергию в световую. Газовые плиты преобразуют химическую энергию природного газа в тепловую энергию. Растения выполняют одно из наиболее биологически полезных преобразований энергии на Земле: преобразование энергии солнечного света в химическую энергию, хранящуюся в органических молекулах.

Задача всех живых организмов состоит в том, чтобы получать энергию из окружающей среды в такой форме, которую они могут передавать или трансформировать в энергию, пригодную для выполнения работы. Живые клетки в процессе эволюции справились с этой задачей очень хорошо. Химическая энергия, запасенная в органических молекулах, таких как сахара и жиры, в результате ряда клеточных химических реакций преобразуется в энергию внутри молекул АТФ. Энергия в молекулах АТФ легко доступна для выполнения работы. Примерами работы, которую должны выполнять клетки, являются построение сложных молекул, транспортировка материалов, приведение в движение ресничек или жгутиков, сокращение мышечных волокон для создания движения и размножение.

Этот текст адаптирован из Openstax, Biology 2e, Раздел 6.3: Законы термодинамики.

Первый закон термодинамики, также известный как закон сохранения энергии, гласит, что энергия всегда сохраняется. Это означает, что энергия не может быть создана или уничтожена; Тем не менее, энергия может передаваться между объектами или преобразовываться из одной формы энергии в другую.

В термодинамике Вселенная делится на две части. Изучаемая материя или область — это система, а все, что не является системой, — это окружение.

Тепло и работа – это два способа передачи энергии между системой и окружающей средой.

Передача тепловой энергии называется тепловой. Когда тепло поступает из окружающей среды к клеточной мембране, движение молекул в мембране становится более плавным, подобно таянию льда.

Передача механической энергии называется работой. Изменения длины цитоскелетных нитей генерируют силы, которые могут передаваться в виде механической энергии для давления или вытягивания клеточной мембраны.