ly

1. KQHT 2: Nhiệt động học các hệ sinh vật
1. Nhiệt động học các hệ sinh vật
2. Một số khái niệm và đại lượng cơ bản
3. Định luật 1 nhiệt động học và những
hệ quả của nó
4. Định luật 1 nhiệt động học áp dụng
vào hệ sinh vật
5. Phương pháp nhiệt lượng kế gián tiếp
và nguyên tắc hoạt động của cơ thể
sống

2. 6. Phân biệt NTHĐ của cơ thể sống với
máy nhiệt
7. Định luật II nhiệt động học
8. Tính chất thống kê của định luật II
nhiệt động học
9. Định luật II nhiệt động học áp dụng
vào hệ sinh vật
10. Năng lượng tự do

3. 1. Nhiệt động học hệ sinh vật và hướng
NC
- Hướng nghiên cứu chủ yếu sau:
+ Sự chuyển biến năng lượng ở
mức độ phân tử, tế bào, mô, ….⇒
Xác định hiệu suất sử dụng năng
lượng của các cao phân tử sinh
học.

4. + Tính chất nhiệt động của các quá
trình diễn ra trong cơ thể sống như
quá trình khuyếch tán, thẩm thấu,
vận chuyển tích cực...
+ Cơ chế tác động của sự thay đổi
các yếu tố môi trường lên quá trình
chuyển hoá năng lượng và sự trao
đổi năng lượng giữa cơ thể sống
với môi trường.

5. * Trạng thái cân bằng, quá trình cân bằng:
- Trạng thái của một hệ nhiệt động được xác định
bởi các thông số trạng thái: p, V, T, n.
- Nếu p, T không thay đổi tại mọi điểm trong hệ thì
ta có trạng thái cân bằng.
- Một quá trình biến đổi, hệ liên tục trải qua nhiều
trạng thái. Nếu quá trình biến đổi là đủ chậm để các
trạng thái mà hệ trải qua luôn là trạng thái cân
bằng thì gọi là quá trình cân bằng.
2. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
* Các khái niệm: Hệ, hệ cô lập, hệ kín, hệ mở, …

6. * Quá trình thuận nghịch và bất thuận nghịch:
Một quá trình biến đổi được gọi là thuận
nghịch nếu nó có thể tiến hành theo chiều
ngược lại, và ở lượt về (quá trình ngược),
hệ đi qua tất cả các trạng thái trung gian
như ở lượt đi.
Quá trình thuận nghịch là quá trình lí
tưởng, thực tế không xảy ra.

7. * Nhiệt lượng và công:
Nhiệt lượng Q (nhiệt): là số đo phần năng
lượng chuyển động nhiệt trao đổi trực
tiếp giữa các phân tử của hệ đang xét với
môi trường ngoài.
Công A có biểu thức tính: (2)
12
(1)
A p.dV= −
∫
Qui ước về dấu:
A, Q > 0: khi hệ nhận từ bên ngoài.
A, Q < 0: khi hệ cung cấp ra bên ngoài.

8. 3. Định luật I nhiệt động học và hệ quả
3.1 Nội dung:
Sự biến thiên nội năng của hệ
bằng nhiệt lượng do hệ nhận được trừ
đi công do hệ thực hiện.
dU = δQ - δA hay ∆U = Q - A
dU: độ biến đổi nội năng
δA , δQ: độ biến đổi công và nhiệt

9. 3.2 Hệ quả:
Công và Nhiệt sau một chu trình:
Hệ cô lập: Nội năng của hệ cô lập được bảo toàn.
A 0, Q 0 U 0 U const= = ⇒∆ = ⇒ =
Sau một chu trình, hệ nhận bao nhiêu nhiệt thì
sinh bấy nhiêu công và ngược lại.
"Không thể chế tạo được động cơ vĩnh cửu loại
một, là loại động cơ không cần cung cấp năng
lượng nhưng vẫn có khả năng sinh công".
∆U = 0 ⇒ Q - A = 0 Hay A = Q

10. * CÁC HẠN CHẾ CỦA NGUYÊN LÍ I
1 - Không nói đến điều kiện chuyển hóa giữa
công và nhiệt.
2 - Không nói rõ chiều diễn biến trong các quá
trình.
Ví dụ, sau một chu trình thì:
Nghĩa là hệ nhận bao nhiêu nhiệt thì sinh bấy nhiêu
công. Nhưng trên thực tế vẫn không có điều này.
Nhiệt không thể tự động truyền từ vật lạnh sang vật
nóng.
∆U = 0 ⇒ A - Q = 0 Hay A = Q

11. 4. Định luật I NĐH áp dụng vào hệ sinh vật
• Dùng một lượng thức ăn đã xác
định trước để nuôi chuột khoang
trong nhiệt lượng kế ở nhiệt độ
0o
C.
• Diễn ra các phản ứng phân huỷ
thức ăn tới sản phẩm cuối cùng
là khí CO2 và H2O

12. 4. Định luật I NĐH áp dụng vào hệ sinh vật
• Nhiệt lượng giải phóng ra từ các
phản ứng hoá sinh diễn ra trong cơ
thể sống Q1 hoàn toàn tương đương
với nhiệt lượng giải phóng ra từ các
phản ứng ôxy hoá Q2 diễn ra ở
ngoài cơ thể sống.
• Giải phóng ra nhiệt lượng:
Q1 ⇔ Q2.

13. 4. Định luật I NĐH áp dụng vào hệ sinh vật
• Kết quả thí nghiệm trong 24 giờ với cơ thể
người
• Nhiệt lượng do thức ăn cung cấp:
+ 56,8 gam Protein : 237 KCal
+ 79,9 gam Gluxit : 335 KCal
+ 140,0 gam Lipit : 1307 KCal
⇔ Tổng cộng : 1879 KCal

14. • Hiệu ứng nhiệt của các phản ứng diễn:
+ Nhiệt lượng toả ra xung quanh : 1374 KCal
+ Nhiệt lượng toả ra do thở ra : 181 KCal
+ NL toả ra do bốc hơi qua da: 227 KCal
+ Nhiệt do khí thải ra : 43 KCal
+ Nhiệt toả ra từ phân và nước tiểu : 23 KCal
+ Hiệu đính (do sai số) : 31 Kcal
⇔ Tổng cộng nhiệt lượng thải ra : 1879 KCal

15. • Nhu cầu dinh dưỡng & nhiệt lượng
thiết yêu của cơ thể:
+ Sơ đồ quá trình sinh nhiệt từ thức ăn:
Gluxit, protein, lipit +O2 =Nhiệt năng+ H2O+CO2
+ Cơ sở chuyển hóa năng lượng tiêu
hao: gan 27%; não 19%; tim, thận
10%; cơ 18%; các bộ phận còn lại
18%. Tuổi càng nhỏ chuyển hóa cơ
sở càng cao

16. 1. Bảng 1: Công thức tính chuyển hóa cơ sở theo
cân nặng ( w )
Lao động thể lực.
• Lao động nhẹ: Nhân viên hành chính, các
nghề lao động trí óc, nghề tự do, nội trợ, giáo
viên.
• Lao động trung bình: Công nhân xây dựng ,
nông dân, nghề cá, quân nhân, sinh viên.
• Lao động nặng: Một số nghề nông nghiệp,
công nhân công nghiệp nặng, nghề mỏ, vận
động viên thể thao, quân nhân thời kỳ luyện
tập.
• Lao động đặc biệt: Nghề rừng, nghề rèn

17. 2. Tính nhu cầu năng lượng cả ngày
• Bảng 2: Hệ số tính nhu cầu năng lượng cả
ngày của người trưởng thành theo
• Vd: nhu cầu năng lượng của nhóm
lao động nam lứa tuổi 18-30, cân
nặng trung bình 50 kg , loại lao động
vừa như sau:
( 15,3 x 50 ) + 679 = 1444 kcalo
⇒ Nhu cầu cả ngày như sau:
1444 kcalo x 1,78 = 2570 kcalo

18. DUY TRÌ CÂN NẶNG NÊN CÓ
BMI = cân nặng (kg)/ Bình phương của
Chiều cao (m) Ở người bình thường nên
năm trong khoảng 18,5-25 ở CẢ NAM VÀ NỮ.
THEO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA VIỆN
DINH DƯỠNG, CHỈ SỐ BMI Ở người Việt
nam 26-40 tuổi :
+ Nam là 19,72 + 2,81
+ Nữ 19,75 + 3,41

19. 7. Định luật II nhiệt động học
1 Phát biểu của Thomson và
Carnot: Không thể chế tạo được
động cơ nhiệt hoạt động tuần
hoàn, liên tục biến nhiệt thành
công mà môi trường xung quanh
không chiụ sự biến đổi nào.

20. 2. Phát biểu của Clausius: Nhiệt không
thể tự động truyền từ vật lạnh sang vật
nóng. Nói cách khác, sự truyền nhiệt
từ vật lạnh sang vật nóng không thể
xảy ra nếu không có sự bù trừ nào.
3. Phát biểu của Planck : Đối với hệ
cô lập, mọi quá trình trong tự nhiên
đều diễn biến theo chiều tăng của
entropi

21. (a)
ENTROPY
1 – Khái niệm về Entropy:
Chu trình A-a-B-c-A:
B A
a c
A B
Q QQ
0 0 (1)
T T T
δ δδ
= ⇒ + =
∫ ∫ ∫Ñ
B
A (b)
(c)
Chu trình A-b-B-c-A:
B A
b c
A B
Q QQ
0 0 (2)
T T T
δ δδ
= ⇒ + =
∫ ∫ ∫Ñ
Do (a), (b) là bất kì, nên từ (1) và (2) suy ra:
B B
a b
A A
Q Q
const (3)
T T
δ δ
= =
∫ ∫

22. ENTROPY
1 – Khái niệm về Entropy:
(3) chứng tỏ: tổng nhiệt lượng rút gọn của hệ
trong quá trình biến đổi thuận nghịch từ trạng thái
này sang trạng thái kia không phụ thuộc vào quá
trình biến đổi, mà chỉ phụ thuộc vào trạng thái
đầu và trạng thái cuối của hệ. Đó là tính chất THẾ
của các quá trình nhiệt động. Từ đó ta có thể tìm
được một hàm thế S, gọi là hàm trạng thái hay
entropy, sao cho:
B
A
Q Q
S S(B) S(A) dS
T
a
T
h y
δ δ
∆ = − = =
∫

23. ENTROPY
2 – Các tính chất của Entropy:
- Là hàm đặc trưng cho trạng thái, không phụ
thuộc vào quá trình biến đổi.
0
Q
S S
T
δ
= +
∫
- Có tính cộng được.
- Không xác định đơn giá mà sai kém một hằng số
cộng.
Với S0 là entropy tại trạng thái gốc.
Qui ước S0 = 0 tại 00
K.

24. ENTROPY
3 – Biểu thức định lượng của NL II với entropy:
- Xét một chu trình bất thuận nghịch gồm hai quá
trình: (a) B
A (b)
A-a-B: bất thuận nghịch
B-b-A: thuận nghịch
(AaB) (BbA)
Q Q Q
0
T T T
δ δ δ
= + <
∫ ∫ ∫Ñ
Vì (B-b-A): là thuận nghịch nên khi tiến hành theo
chiều ngược lại, ta có:
(BbA) (AbB)
Q Q
T T
δ δ
= −
∫ ∫
Do đó :
(AaB) (AbB)
Q Q
S(B) S(A) S
T T
δ δ
< = − = ∆
∫ ∫
Tổng quát:
(2)
(1)
Q Q
S dS
T T
hay
δ δ
∆ ≥ ≥
∫
Ta có:

25. ENTROPY
4 – Nguyên lý tăng entropy:
Trong một hệ cô lập, ta có:
Với các quá trình thuận nghịch:
Nguyên lý tăng entropy: Trên thực tế, mọi quá trình
nhiệt động xảy ra trong một hệ cô lập luôn theo
chiều hướng sao cho entropy của hệ tăng lên.
Hệ quả:
Q 0 dS 0δ = ⇒ ≥
dS 0 S const= ⇒ =
Với các quá trình bất thuận nghịch: dS 0 S> ⇒ ↑
Hệ cô lập không thể 2 lần cùng đi qua
một trạng thái.
Hệ cô lập ở trạng thái cân bằng sẽ kết
thúc mọi quá trình biến đổi. Khi đó
entropy của hệ đạt cực đại.

26. ENTROPY
* Ý nghĩa thống kê của entropy và nguyên lý II:
1. Entropy là thước đo mức độ
hỗn loạn của các phân tử trong
hệ. Khi entropy giảm (ví dụ được
làm lạnh) thì tính hỗn loạn của các
phân tử cũng giảm, tính trật tự tăng
lên và ngược lại.

27. 2. Nhiệt không thể tự động truyền từ vật
lạnh sang vật nóng và entropy của hệ cô
lập không thể giảm. Nói cách khác, hệ luôn
có xu hướng biến đổi từ trạng thái không
cân bằng về trạng thái cân bằng và khi về
đến trạng thái cân bằng rồi, nó không thể
tự động trở lại trạng thái không cân bằng.
3. Nguyên lý II chỉ áp dụng cho hệ vĩ mô
gồm một số rất lớn các phân tử (vì khi đó
ta có thể bỏ qua ảnh hưởng của những
thăng giáng).

28. * ĐỊNH LÍ CARNOT
1 Nguyên lí làm việc, hiệu suất của đcn:
Nguồn nóng T1
Nguồn lạnh T2
Tác
nhân
A’
Q1
Q2’
Hiệu suất của đcn:
1 2 2
1 1 1
Q Q ' QA'
H 1
Q Q Q
−
= = = +
Chú ý: H < 1
A’ > 0 và Q2’ > 0
Q2 = - Q2’ < 0
1 2 2
CN
1 1
T T T
H 1
T T
−
= = −

29. * ĐỊNH LÍ CARNOT
• Ví dụ 1:
Một động cơ nhiệt làm việc theo chu trình Carnot,
có công suất 100 mã lực. Nhiệt độ của nguồn
nóng là 1000
C, nguồn lạnh là 00
C. Tính:
a)Hiệu suất của động cơ.
b)Nhiệt lượng mà tác nhân nhận trong 1 phút.
c)Nhiệt lượng mà tác nhân nhả cho nguồn lạnh
trong 1 phút.
ĐS: a) 27%; b) 16470kJ; c) 12054kJ

30. • Ví dụ 2:
Một máy hơi nước có công suất 14,7kW, tiêu thụ
8,1kg than trong một giờ. Nhiệt độ của nguồn
nóng là 2000
C, nguồn lạnh là 580
C. Năng suất
tỏa nhiệt của than là 7800 kcal/kg.
a) Tính hiệu suất của máy.
b) So sánh hiệu suất đó với hiệu suất lí tưởng của
máy làm việc theo chu trình Carnot với hai
nguồn nhiệt kể trên.
ĐS: a) 20%; b) 2/3HCN

31. * ĐỊNH LÍ CARNOT
2. Nguyên lí làm việc của máy làm lạnh:
2
CN
1 2
T
T T
ε =
−
V
p
(3)
(2)
(1)
(4)
Chu trình Carnot nghịch
Hsuất làm lạnh:
Nguồn nóng T1
Nguồn lạnh T2
Tác
nhân
A
Q1
Q2
2
Q
A
ε =

32. • Ví dụ 3: Một máy làm lạnh hoạt động theo
chu trình Carnot với tác nhân bất kỳ ở
các nhiệt độ là 0 o
C và -100 o
C. Trong
trường hợp nào hiệu suất của máy làm
lạnh là không đổi:
a. Giảm đồng thời nhiệt độ hai nguồn 200
K.
b. Tăng đồng thời nhiệt độ hai nguồn lên hai
lần.
c. Tăng đồng thời nhiệt độ tuyệt đối của hai
nguồn lên hai lần.
d. Tăng nhiệt độ nguồn lạnh thêm 1000
K.

33. • Ví dụ 4:
Một chu trình làm lạnh xả 250 J
nhiệt vào phòng trong khi môtơ
cung cấp 80J công. Lượng nhiệt
lấy từ bên trong máy làm lạnh
bằng bao nhiêu?
a. 170 J b. 299 cal.
c. 598 J d. 5210 cal.