Question

13. Обсудите, как можно применить первое начало термодинамики к объяснению об мена веществ (метаболизма) человека. В частности, заметим, что при совершении ч еловеком работы Wтелу сообщается небольшое количество теплоты Q (скорее, тепл ота отдается наружу). Почему же тогда внутренняя энергия человека не уменьшает ся до катастрофического уровня?​

Answer 1

Чeлoвeчecкий мeтaбoлизм мoжнo oбъяcнить чepeз пepвый зaкoн тepмoдинaмики: пищa пpeвpaщaeтcя в энepгию, иcпoльзуeмую opгaнизмoм для выпoлнeния дeятeльнocти

Answer 2

Первое начало термодинамики, также известное как закон сохранения энергии, утверждает, что энергия не может быть создана или уничтожена, а только преобразована из одной формы в другую. В контексте метаболизма человека это означает, что вся энергия, получаемая человеком из пищи, либо используется, либо сохраняется в теле в различных формах.

Когда человек совершает работу $W$, например, при физических упражнениях, его тело использует энергию. Эта энергия берется из внутренних запасов, полученных из пищи. Однако в процессе работы человек также теряет некоторое количество энергии в виде тепла $Q$. Это тепло — это энергия, которая рассеивается в окружающую среду, и оно не может быть возвращено обратно в организм для дальнейшего использования.

Теперь, согласно первому началу термодинамики, изменение внутренней энергии $\Delta U$ тела равно количеству энергии, полученной или потраченной телом, то есть

$\Delta U = Q - W$

Это означает, что если тело отдает больше энергии, чем получает (например, через пищу), то его внутренняя энергия уменьшается. Однако в нормальных условиях человеческий организм адаптирован к поддержанию баланса энергии.

Вопрос о том, почему внутренняя энергия человека не уменьшается до катастрофического уровня, можно объяснить следующим образом:

1. Регулирование Потребления Энергии: Человеческий организм регулирует количество энергии, которое он потребляет через пищу, в соответствии с его текущими энергетическими потребностями. Это помогает поддерживать энергетический баланс.

2. Энергетические Запасы: Тело накапливает излишки энергии в виде жиров и других соединений. Когда энергия, полученная из пищи, не используется полностью, она сохраняется для будущего использования.

3. Метаболические Процессы: Метаболизм человека постоянно работает, даже в состоянии покоя, потребляя энергию для поддержания жизненно важных функций тела, таких как дыхание, кровообращение и клеточная активность.

4. Адаптивная Термогенез: Человеческое тело способно адаптироваться к изменениям в потреблении и расходе энергии. Это означает, что при недостатке энергии организм может уменьшить общий расход энергии для сохранения внутренних запасов.

Итак, хотя человеческое тело теряет некоторое количество энергии в виде тепла при выполнении работы, многофакторные механизмы регулирования и запаса энергии обеспечивают, что внутренняя энергия не уменьшается до опасного уровня при условии адекватного питания и здоровья.