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Termodinamica dei sistemi bio

dispensa di metodi chimico-fisici per le biotecnologie su questi argomenti:
Termodinamica dei sistemi biologici: produzione di entropia in sistemi chiusi e aperti, non-equilibrio e stati stazionari, strutture dissipative, bilancio energetico ed entropico in organismi fototrofi e chemiotrofi, dell'università degli Studi del Salento - Unisalento, facoltà di Scienze matematiche fisiche... Vedi di più

Esame di Metodi Chimico-Fisici per le Biotecnologie docente Prof. L. Giotta

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Low entropy High entropy

Ecosphere is a closed system in touch with a hot

source (the SUN) and with a cold sink (the space)

•number of subsystems extremely high

•number of entropy producing processes (i.e. natural

phenomena) extremely high

Hot cold

(5800 K) (3 K)

A steady state may exist only when at least one gradient is kept

constant

The gradients are referred as thermodynamic forces and they produce

thermodynamic fluxes.

If non-equilibrium systems are close to the equilibrium state, the fluxes

are in general linear functions of the gradients. Some examples:

•Fourier’s law

•Fick’s law

•Ohm’s law

•Poiseulle’s law d S 

  

i J X 0

i i

dt i

In linear conditions σ reaches a minimum at the steady state

When the gradients are very wide, relationships between forces and fluxes

are not linear anymore.

The only general rule about the solution of non-linear differential equations

is that there are no general rules, but funny things can happen when linearity

is lost!

macroscopic order

In a non-equilibrium state

may appear

The appearance of Bénard cells is an example of order out of chaos. The local

heating causes entropy to increase, but the density inversion induces complex and

non-linear behaviour.

Convection cells that arrange into a regular hexagonal lattice are an example of

dissipative structures. Negative entropy (negentropy)

Schrödinger introduced the concept when explaining that a living system (a

dissipative structure) exports entropy in order to maintain its own entropy at a low

level. By using the term negentropy, he could express this fact in a more "positive"

way: a living system imports negentropy and stores it.

    

dS 0 d S d S 0

e i

S order S

in out

Dissipative structures are fed by a flow of negentropy wich means compatibility

between the processes and the environment that is supporting the structure.

Coevolution of natural systems is at the basis of their compatibility.

What is the thermodynamic peculiarity of photosynthetic organisms?

Heat

hot photons (high entropy energy)

(low entropy energy) Photosynthetic complex molecules

CO , H O, simple organisms (low entropy matter)

2 2

molecules and ions

(high entropy

matter)  

dS d S d S Photosynthetic organisms

sys e i are fed by light negentropy

 

d S 0 ; d S 0 becoming in turn chemical

i e negentropy for chemotrophs

 

d S d S d S

e e ( matter ) e ( energy )

  

d S 0 d S 0 , d S d S

e ( matter ) e ( energy ) e ( energy ) e ( matter )

Chemotrophs are not able to use light negentropy

Heat

(high entropy energy)

complex molecules Chemo CO , H O, simple

(low entropy matter) heterotrophs 2 2

molecules and ions

(high entropy

matter)

  

d S d S d S 0

e e ( matter ) e ( energy )

 

d S 0 and d S 0

e ( matter ) e ( energy )

Mantaining organization requires d S<0 (S >S )

e out in

At the steady state:

E

n

e and

and

and and

r Energy

Energy

Energy Energy

g matter matter

matter matter

y Produced matter

entropy

E

n Produced matter

entropy

t

r Q

o matter

p Q

y matter

hv OUT

IN IN OUT

Photoautotroph chemoheterotroph


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antore91

PUBBLICATO

+1 anno fa


DESCRIZIONE DISPENSA

dispensa di metodi chimico-fisici per le biotecnologie su questi argomenti:
Termodinamica dei sistemi biologici: produzione di entropia in sistemi chiusi e aperti, non-equilibrio e stati stazionari, strutture dissipative, bilancio energetico ed entropico in organismi fototrofi e chemiotrofi, dell'università degli Studi del Salento - Unisalento, facoltà di Scienze matematiche fisiche naturali, Corso di laurea in scienze e Tecnologie Biologiche ed Ambientali


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in biotecnologie
SSD:
A.A.: 2018-2019

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher antore91 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Metodi Chimico-Fisici per le Biotecnologie e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Salento - Unisalento o del prof Giotta Livia.

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