Закон сохранения энергии в биологии реферат

Обновлено: 05.07.2024

Цель урока: Формирование у учащихся основных научных понятий единства природы через закон сохранения энергии в химии, физике, биологии.

Задачи урока:

  • уметь выделять главные мысли при ответе и в работе с научно-популярной литературой;
  • находить связь между законами, явлениями, изучаемыми в физике, химии и биологии;
  • развивать у школьников интерес к дальнейшему овладению знаниями о законе сохранения энергии.
  • формировать у школьников систему взглядов о единстве природы, которая позволяет познать и объяснить законы и явления природы;
  • формировать научное мировоззрение, активную жизненную позицию.

Вначале рассмотрим возможности применения закона сохранения и превращения энергии в химии.

Тепловые эффекты химических реакций. Известно, что химические реакции бывают экзотермическими (с выделением энергии) и эндотермическими (с поглощением энергии). Количество теплоты, выделяемое или поглощаемое в процессе реакции, определяется изменением внутренней энергии реагирующих веществ. При химических реакциях происходит перестройка химических связей частиц реагирующих веществ. Во время экзотермических реакций химические связи перестраиваются таким образом, что внутренняя энергия реагирующих веществ уменьшается, на столько же увеличивается внутренняя энергия тел окружающей среды. При эндотермических реакциях внутренняя энергия реагирующих веществ возрастает за счет уменьшения на такое же значение энергии объектов, окружающих реагирующие вещества. Таким образом, тепловой эффект химической peaкции – это изменение внутренней энергии реагирующих веществ.

Для примера вычислим тепловой эффект при взаимодействии 1 моль цинка с разбавленной серной кислотой при температуре 20° С. При этом учтем, что вследствие изменения химических связей выделяется энергия, равная 143,092 кДж.

Запишем уравнение химической реакции:

Как видим, в процессе реакции выделяется 1 моль водорода, система расширяется, при этом ею выполняется работа. Внутренняя энергия системы изменяется вследствие выполнения системой работы и выделения энергии:

Вычислим работу расширения образовавшегося водорода:

Использовав уравнение Менделеева – Клапейрона, можно записать: pV = RT,

А = RТ = 8,31Дж/(моль ∙ К) · 293 К·1 моль = 2,4З8 кД ж;

∆ E = 143,092 кДж + 2,438 кДж = l45,53 кДж.

Таким образом, тепловой эффект химической реакции – это изменение внутренней энергии системы реагирующих веществ вследствие перестройки химических связей между частицами и вследствие изменения объема системы.

Но почему при перестройке химических связей между частицами происходит изменение внутренней энергии веществ, образованных ими?

О химических связях. Всякая перестройка химических связей между атомами и группами атомов связана с изменением взаимодействия между электронными оболочками реагирующих частиц, при этом изменяется и энергия. Чтобы понять, как это происходит, вспомним из курса физики, как изменяется энергия при взаимодействии разноименных электрических зарядов. Электрическое поле при сближении точечных разноименных зарядов изменяется, напряженность его и энергия уменьшаются. То же самое происходит и при образовании ионной молекулы.

Образование атомов также сопровождается выделением энергии. Энергию, которая выделяется, когда к иону присоединяется электрон или несколько электронов, можно определить по закону сохранения энергии; такую же энергию следует затратить, чтобы
электрон оторвать от атома, т. е. энергия молизации равна энергии ионизации.

Такое обобщение двух электронов позволяет атомам водорода иметь электронную оболочку, сходную с оболочкой атома гелия.

Из рисунка видно, что отрицательный заряд электронов как бы связывает ядра атомов – при образовании ковалентной связи также происходит сближение электрических зарядов, сопровождающееся уменьшением потенциальной энергии взаимодействующих атомов.

Сгущение электрического заряда между ядрами нельзя понимать буквально – облака вокруг ядер изображают не сами электроны, а вероятность их пребывания в определенных точках пространства вокруг ядра. Если плотность облаков в пространстве между ядрами больше, чем в других областях вокруг них, то это означает, что вероятность пребывания электронов в каждый момент времени в этой области больше, чем в других областях пространства, окружающего ядра.

При сближении ионов противоположного знака возможно образование ионных связей. Для этого они должны сблизиться на такое расстояние, на котором между ними начнут действовать электрические силы притяжения. Ионы под действием этих сил будут притягиваться до тех пор, пока не начнут преобладать силы отталкивания электронных оболочек. При образовании ионных молекул также происходит уменьшение потенциальной энергии ионов, объединяющихся в молекулу.

Образование кристаллов. Энергия выделяется не только при образовании ионных молекул, но и при образовании ионных кристаллов.

Наиболее известным вам ионным кристаллом является кристалл поваренной соли. В узлах его кристаллической решетки расположены ионы натрия и хлора. Каждый ион натрия окружен шестью ионами хлора, и наоборот, каждый ион хлора окружен шестью ионами натрия. Ионы с достаточным приближением можно считать точечными зарядами, поэтому можно определить силу взаимодействия между ними (по закону Кулона), а также работу, которую необходимо затратить, чтобы разделить ионы хлора и натрия в кристаллической решетке. Эта работа и будет равна той энергии, которая выделяется при образовании кристалла поваренной соли из ионов. Выделяемая энергия в свою очередь должна быть равна энергии, затраченной для превращения кристалла поваренной соли в газ, состоящий из ионов. Опыт показал, что равенство энергий действительно имеет место. Это может быть одним из доказательств того, что в ионной молекуле и ионном кристалле действуют силы электростатического происхождения.

Межмолекулярные взаимодействия также имеют электромагнитную природу. При взаимодействии и полярных, и неполярных молекул проявляются силы электрической природы. Действие этих сил приводит к такому расположению молекул, при котором их состояние наиболее устойчиво в соответствии с данными условиями, а энергия взаимодействия с окружающими молекулами минимальна.

Таким образом, при образовании кристалла из частиц любого типа выделяется энергия, так как в кристалле частицы устанавливаются в таких положениях, при которых их потенциальная энергия минимальна. Кристаллизация – это экзотермический процесс. Как и при экзотермических реакциях, частицы здесь группируются таким образом, что энергия взаимодействия частиц или групп частиц друг с другом уменьшается, уменьшается и внутренняя энергия реагирующих веществ в целом – процессы идут
с выделением энергии. И всегда, на сколько уменьшается внутренняя энергия кристаллизирующегося вещества или реагирующих веществ, на столько же увеличивается и энергия окружающих их тел.

К экзотермическим реакциям в основном относятся реакции соединения и замещения, к эндотермическим – реакции разложения. При этих реакциях перестройка химических связей происходит таким образом, что энергия взаимодействия частиц увеличивается за счет поглощения энергии. При образовании более сложных соединений из простых энергия выделяется.

Об органических соединениях. Образование, например, фибрина, который закупоривает кровеносные сосуды при царапинах или других повреждениях, из молекул фибриногена сопровождается выделением энергии, потому что в этом процессе происходят те же химические взаимодействия, которые были рассмотрены выше. В начале этого процесса из молекул фибриногена образуется фибрин-мономер; затем он превращается в фибрин-агрегат; при его образовании проявляются электростатические взаимодействия, приводящие к образованию различных связей (ионных, гидрофобных и др.); при этом энергия взаимодействующих частиц уменьшается. На последней стадии под действием ферментов между молекулами фибрин-агрегата образуются прочные ковалентные связи, вследствие чего он превращается в фибрин-полимер.

Образование ковалентных связей также сопровождается уменьшением энергии взаимодействия. Но как же с этим согласовать утверждение, что из оксида углерода (IV) и воды при поглощении солнечной энергии образуются молекулы соединения, гораздо более сложные, чем молекулы оксида углерода (IV) и воды? Разберемся в этом вопросе по порядку.

Превращение энергии в биосфере. Вы уже знакомы с иллюстрацией превращения вещества и энергии в биосфере, предложенной популяризаторами науки Н. Н. Дроздовым и П. П. Второвым. В ней круговорот вещества в биосфере, движущей силой которого является энергия Солнца, сравнивается с колесом водяной мельницы, которое крутится под напором воды. Как же распределяется энергия Солнца, попадающая на Землю? Около 30% этой энергии отражается облаками и поверхностью Земли в космическое пространство и рассеивается в атмосфере; около 20% поглощается облаками в верхних слоях атмосферы; около 50% достигает поверхности Земли. За счет этой энергии происходит нагревание поверхности Земли, возникают ветры и текут реки, идет дождь и разрушаются горы; только десятые доли процента достигающей Земли солнечной энергии улавливаются зелеными растениями. Благодаря этой энергии и совершается круговорот веществ в биосфере. Вы обращали когда-нибудь внимание, как расположены листья на деревьях в верхних ярусах леса и на травянистых растениях под пологом леса, а также на ветвях нижнего яруса?

На растениях, которые растут под сенью деревьев, и на нижних ветвях листья расположены в большинстве случаев горизонтально. Наверное, это для того, чтобы полнее использовать энергию излучения, которое попадает на них. Листья на ветвях деревьев в верхних ярусах леса расположены совершенно произвольно. Когда же солнце сильно припекает, они располагаются почти вертикально, чтобы их освещенность была как можно меньше. Листья от перегрева спасает также усиленное испарение. Энергия солнечного излучения превращается в листьях во внутреннюю энергию органических веществ, которые служат пищей как для самих растений, так и для всех живущих на Земле животных организмов.

Энергетические процессы в клетке. Энергия квантов солнечного излучения, использованная зелеными растениями в процессе фотосинтеза, днем превращается в химическую энергию универсального энергетического вещества АТФ – аденозинтрифосфорной кислоты .Эта энергия в свою очередь во время темновой фазы фотосинтеза используется для синтеза органических соединений, из которых строится тело растения. В организме животного, которое питается растениями, органические соединения окисляются. Выделяющаяся при этом процессе энергия частично превращается в энергию молекул АТФ (55%), частично во внутреннюю энергию. В процессе жизнедеятельности клетки молекулы АТФ расщепляются. За счет выделяющейся при этом энергии и происходят все процессы в клетке: передача нервных импульсов, биосинтез веществ, мышечное сокращение, перенос веществ через мембраны и др. Молекулы АТФ обычно расщепляются до молекул АДФ – аденозиндифосфорной кислоты, – которые не выводятся из организма, а поступают на митохондрии (в клетках животных организмов) или хлоропласты (в клетках растительных организмов) и снова служат для синтеза молекул АТФ. Образование молекул АТФ в хлоропластах можно представить в виде такой схемы:


Известно, что КПД тепловой машины равен: η= (T1 – T2) / Т1 , где Т1 – абсолютная температура нагревателя, Т2 – абсолютная температура холодильника. Применительно к клетке Т1 – температура тела организма, а Т2 – температура окружающей его среды. Если считать, что КПД клетки должен быть равен хотя бы 0.3, а температуру окружающей среды принять равной 293 К, то для температуры клетки, т. е. организма, получается 438,5 К или 165,5°С. При такой температуре белок и другие органические соединения не смогли бы функционировать. А какая потеря энергии была бы вследствие теплообмена организма с окружающей средой! Да и регулировать запас энергии в клетке было бы значительно сложнее.

Чтобы понять, как он регулируется, вспомним, как мы себя ведем после быстрого бега. Мы часто дышим, при этом происходит усиленное потовыделение.

Объясним эти явления.

При усиленной мышечной работе во время бега организм резко расходует запас молекул АТФ, который при нормальном состоянии клетки ограничен (составляет около 0,4% от массы клетки). Чтобы этот запас пополнился, в клетках должно произойти интенсивное окисление глюкозы до оксида углерода (IV) и воды, которые должны быть выведены из организма. Поэтому, чтобы избавиться от оксида углерода (IV) и подать в каждую клетку побольше кислорода, который необходим для интенсивного окисления глюкозы, организм так часто дышит. Нам жарко, и мы покрываемся потом. Это тоже должно быть понятно. Ведь только 55% энергии, выделившейся при окислении глюкозы, идет на синтез молекул АТФ, остальные же 45% идут на нагревание организма. Летом это нагревание ни к чему, а что было бы с нами зимой, если бы образование молекул АТФ не сопровождалось рассеянием энергии?

Попробуем объяснить, почему на морозе, когда он делается чувствительным, люди начинают притопывать и подпрыгивать. Организму надо согреться. При всякой механической работе (в том числе при подпрыгивании) расходуется запас молекул АТФ. Расход молекул АТФ сопровождается их синтезом, а последний – выделением энергии, которая и идет на нагревание организма.

Мы пользуемся ископаемым топливом - углем, природным газом, нефтью и т. д. Все эти виды топлива - не что иное, как продукты разложения наземных и морских растений или животных, и запасенная в них энергия была миллионы лет назад получена из солнечного света. Ветер и дождь тоже обязаны своим возникновением солнечной энергии, а следовательно, энергия ветряных мельниц и гидроэлектростанций в конечном счете также обусловлена солнечным излучением.

Важнейший путь химических реакций при фотосинтезе - это превращение углекислоты и воды в углероды и кислород. Суммарную реакцию можно описать уравнением СО2+Н20 ? [СН20]+02

Углеводы, образующиеся в этой реакции, содержат больше энергии, чем исходные вещества, т. е. СО2 и Н20. Таким образом, за счет энергии Солнца энергетические вещества (СО2 и Н20) превращаются в богатые энергией продукты - углеводы и кислород. Энергетические уровни различных реакций, описанных суммарным уравнением, можно охарактеризовать величинами окислительно-восстановительных потенциалов, измеряемых в вольтах. Значения потенциалов показывают, сколько энергии запасается или растрачивается в каждой реакции. Итак, фотосинтез можно рассматривать как процесс образования лучистой энергии Солнца в химическую энергию растительных тканей.

Содержание СО2 в атмосфере остается почти полным, несмотря на то, что углекислый газ расходуется в процессе фотосинтеза. Дело в том, что все растения и животные дышат. В процессе дыхания в митохондриях кислород, поглощаемый из атмосферы живыми тканями, используется для окисления углеводов и других компонентов тканей с образованием в конечном счете двуокиси углерода и воды и с сопутствующим выделением энергии. Высвобождающаяся энергия запасается в высокоэнергетические соединения - аденозинтрифосфат (АТФ), который и используется организмом для выполнения всех жизненных функций. Таким образом дыхание приводит к расходованию органических веществ и кислорода и увеличивает содержание СО2 на н планете. На процессы дыхания во всех живых организмах и на сжигание всех видов топлива, содержащих углерод, в совокупности расходуется в масштабах Земли в среднем около 10000 тонн 02 в секунду. При такой скорости .потребления весь кислород в атмосфере должен бы иссякнуть примерно, через 3000 лет. К счастью для нас, расход органических веществ и атомного кислорода уравновешивается созданием углеводов и кислорода в результате фотосинтеза. В идеальных условиях скорость фотосинтеза в зеленых тканях растений примерно в 30 раз превышает скорость дыхания в тех же тканях, таким образом, фотосинтез служит важным фактором, регулирующим содержание 02 на Земле.

Заключение

Выявление принципа формирования причинно-следственных, взаимосвязей в природных процессах как целостных явлениях, фиксируемых посредством использования инструментария современного естествознания, закономерно подводит нас к рассмотрению законов сохранения энергии в макроскопических процессах, которые представляют интерес при изучении экономической науки с точки зрения своего отображения в макроэкономической модели кругооборота расходов-доходов, которая является сущностной для понимания происходящих экономических процессов.

XIX в. ознаменовался открытием одного из самых великих принципов современной науки, приведшему к объединению самых различных явлений природы. Принцип этот гласит, что существует определенная величина, называемая энергией, которая не меняется ни при каких превращениях, происходящих в природе. Энергия — единая мера различных форм движения материи. На протяжении более четырех десятилетий формировался этот принцип в науке. Следует отметить, что процесс установления закона сохранения и превращения энергии — это одновременно процесс формирования таких дисциплин в физике как статистическая физика и термодинамика, процесс установления I и II начал термодинамики, выработка понятий энергии, тепловой (внутренней) энергии, работы, энтропии. Механическая энергия и внутренняя энергия - это только две из многих форм энергии. Все, что может быть превращено в какую-либо из этих форм, есть тоже форма энергии. Возможны два качественно различных способа передачи энергии от одного макроскопического тела к другому — в форме работы и в форме теплоты (путем теплообмена). Первый закон термодинамики устанавливает эквивалентность этих двух способов передачи энергии, утверждая, что изменить внутреннюю энергию тела можно любым из этих способов. Изменение энергии тела, осуществленное первым способом, называют работой, совершаемой над этим телом. Передача энергии в форме работы производится в процессе силового взаимодействия тел и всегда сопровождается макроперемещением. Работа, совершаемая над телом, может непосредственно пойти на увеличение любого вида энергии. Передача энергии путем теплообмена между телами обусловлена различием температур этих тел. Энергия, получаемая телом в форме теплоты, может непосредственно пойти только на увеличение его внутренней энергии. Невозможен вечный двигатель (перпетуум мобиле) первого рода. Это является следствием I начала термодинамики. Всеми явлениями природы управляет закон сохранения и превращения энергии: энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает: количество энергии неизменно, она только переходит из одной формы в другую. История открытия закона сохранения и превращения энергии привела к изучению тепловых явлений в двух па-правлениях: термодинамическом и молекулярно-кинетическим. Сади Карно положил начало новому методу рассмотрения превращения теплоты и работы друг в друга в макроскопических системах, в первую очередь, в тепловых машинах, и тем самым явился основателем науки, которая впоследствии была названа Уильямом Томсоном термодинамикой. Термодинамическое рассмотрение ограничивается, в основном, изучением особенностей превращения тепловой формы движения в другие формы, не интересуясь вопросом микроскопического движения частиц, составляющих вещество, то есть без учета молекулярного строения вещества.

Список литературы

1.Дубнищева Т.Я.. Концепции современного естествознания. Новосибирск: Изд-во ЮКЭА, 2008.

2.Дягилев Ф.М. Концепции современного естествознания. – М.: Изд. ИМПЭ, 2000.

3.Карпенков С.Х. Концепция современного естествознания: Учебник для вузов. – М.: ЮНИТИ, 2002.

6.Недельский Н.Ф., Олейников Б.И., Тулинов В.Ф. Концепции современного естествознания. Учебное пособие /под общей ред. проф. Тулинова В.Ф. – М: Изд. МУПК, 2006.

8.Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. – М.: Высшая школа, 2009.

9.Суорц Кл.Э. Необыкновенная физика обыкновенных явлений. Т.1. - М.: Наука, 2003.

Эту идею в первой половине XIX в. все чаще высказывали ученые, и нужен был один шаг, чтобы эта идея оформилась в физический закон. Этот шаг в 1840-х гг. был сделан многими учеными. Основную роль в установлении закона сохранения и превращения энергии сыграли: немецкий врач Р. Майер, немецкий ученый Г. Гельмгольц и англичанин Дж. Джоуль — манчестерский пивовар, занимавшийся изобретательством и физическими исследованиями.

Значение этого закона выходило далеко за пределы физики и касалось всего естествознания. Наряду с законом сохранения масс этот закон, выражая принцип неуничтожимости материи и движения, образует краеугольный камень материалистического мировоззрения естествоиспытателей. Логическим его развитием и обобщением выступал принцип материального единства мира.

1.3 Клеточное строение растений и животных

Шлейден и Шванн, обобщив имеющиеся знания о клетке, доказали, что клетка является основной единицей любого организма. Клетки животных, растений и бактерий имеют схожее строение. Позднее эти заключения стали основой для доказательства единства организмов. Т. Шванн и М. Шлейден ввели в науку основополагающее представление о клетке: вне клеток нет жизни.

Современная клеточная теория включает следующие основные положения:

1. Клетка — элементарная единица живого, основная единица строения, функционирования, размножения и развития всех живых организмов.

2. Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов имеют общее происхождение и сходны по своему строению и химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ.

3. Размножение клеток происходит путем их деления. Новые клетки всегда возникают из предшествующих клеток.

Линк и Молднхоуэр устанавливают наличие у растительных клеток самостоятельных стенок. Выясняется, что клетка есть некая морфологически обособленная структура. В 1831 году Моль доказывает, что даже такие, казалось бы, неклеточные структуры растений, как водоносные трубки, развиваются из клеток.

В 1831 году Роберт Браун описывает ядро и высказывает предположение, что оно является составной частью растительной клетки.

· во-первых, под зёрнышками он понимал то клетки, то клеточные ядра;

Школа Мюллера и работа Шванна

Второй школой, где изучали микроскопическое строение животных тканей, была лаборатория Иоганнеса Мюллера в Берлине. Мюллер изучал микроскопическое строение спинной струны (хорды); его ученик Генле опубликовал исследование о кишечном эпителии, в котором дал описание различных его видов и их клеточного строения.

Классические исследования Теодора Шванна, заложили основание клеточной теории. На работу Шванна оказала сильное влияние школа Пуркинье и Генле. Шванн нашёл правильный принцип сравнения клеток растений и элементарных микроскопических структур животных. Шванн смог установить гомологию и доказать соответствие в строении и росте элементарных микроскопических структур растений и животных.

Основная идея клеточной теории — соответствие клеток растений и элементарных структур животных — была чужда Шлейдену. Он сформулировал теорию новообразования клеток из бесструктурного вещества, согласно которой сначала из мельчайшей зернистости конденсируется ядрышко, вокруг него образуется ядро, являющееся образователем клетки (цитобластом). Однако эта теория опиралась на неверные факты.

· В первой части книги он рассматривает строение хорды и хряща, показывая, что их элементарные структуры — клетки развиваются одинаково.

· Во второй части книги сравниваются клетки растений и клетки животных и показывается их соответствие.

· В третьей части развиваются теоретические положения и формулируются принципы клеточной теории.

С 1840-х века учение о клетке оказывается в центре внимания всей биологии и бурно развивается, превратившись в самостоятельную отрасль науки — цитологию.

В это время изменяется представление о составе клетки. Выясняется второстепенное значение клеточной оболочки, которая ранее признавалась самой существенной частью клетки, и выдвигается на первый план значение протоплазмы (цитоплазмы) и ядра клеток (Моль, Кон, Л. С. Ценковский, Лейдиг, Гексли), что нашло своё выражение в определении клетки, данном М. Шульце в 1861 г.:

Клетка — это комочек протоплазмы с содержащимся внутри ядром.

Деление тканевых клеток у животных было открыто в 1841 г. Ремарком. Выяснилось, что дробление бластомеров есть серия последовательных делений (Биштюф, Н. А. Келликер).

Работы Вирхова оказали неоднозначное влияние на развитие клеточного учения:

· Клеточная теория распространялась им на область патологии, что способствовало признанию универсальности клеточного учения. Труды Вирхова закрепили отказ от теории цитобластемы Шлейдена и Шванна, привлекли внимание к протоплазме и ядру, признанными наиболее существенными частями клетки.

· Вирхов направил развитие клеточной теории по пути чисто механистической трактовки организма.

· Вирхов возводил клетки в степень самостоятельного существа, вследствие чего организм рассматривался не как целое, а просто как сумма клеток.

До появления современного научного знания живое и неживое рассматривалось людьми как два противоположных явления, не имеющих между собой почти ничего общего. Действительно, если представить себе человека Средневековья, даже весьма образованного, но не имеющего ни малейших представлений об атомарном и молекулярном строении материи, то единственное, что этот человек мог бы узреть общего, например, у бычка и камня, лежащих на лугу, это то, что и тот, и другой характеризуются некоторым весом и определёнными пространственными размерами.

Даже с появлением первых научных исследований в биологии господствовало мнение, что если и существуют какие-либо законы природы, то они различны для физико-химических и биологических явлений. Однако при постепенном проникновении методов физики и химии в биологические исследования становилось ясно, что многие, казавшиеся ранее таинственными, биологические явления могут быть описаны как определённые комбинации физических и химических процессов. Со временем становилось всё меньше неразгаданных биологических явлений и возник вопрос: Можно ли будет в конечном итоге полностью понять строение и функционирование живого, опираясь только на физику и химию? Мнения учёных по этому вопросу разделились на два направления.

Первое направление получило название физикализм. Его сторонники утверждают, что в живом ничего нет, кроме физических и химических процессов, и со временем живое можно будет полностью математически описать, рассчитать любые варианты его строения и поведения, опираясь только на законы физики и химии.

К этому направлению можно отнести и тех учёных, которые считают, что помимо материи в мире существует нематериальная субстанция, наличие которой и определяет превращение неживой материи в живую. Одни называют эту субстанцию энтелехией, другие – духом, душой, используют и иные термины. Интересно отметить, что, несмотря на то, что дух и душа – понятия явно религиозного происхождения, есть учёные, которые, полностью отвергая религию, как выдумку, не имеющую ничего общего с действительностью, тем не менее абсолютно уверены в исключительном значении понятий духа, души для описания природных явлений [32].

Одним из первых доводов виталистов в пользу необходимости применения понятия жизненной силы был тезис о том, что поведение живых организмов не соответствует первому закону термодинамики. Если для перемещения неживого физического тела (камня) необходимо действие внешней силы (воздействие со стороны другого тела), которая в соответствии с законами механики произведёт работу с затратой энергии: Е = F l, где F – сила, l – расстояние, на которое произведено перемещение, то перемещение животного, как казалось первоначально, может начаться без каких-либо видимых причин, и непонятно, какая сила производит работу по перемещению его массы.

Дальнейшее изучение физиологических механизмов превращения энергии в живых организмах показало, что они имеют способность находить источники энергии, накапливать энергию в своём теле и в дальнейшем использовать её по мере необходимости. Схема эксперимента, с помощью которого доказывается, что производимая животным работа строго соответствует получаемой извне энергии, представлена на рис. 3.1.

В теплоизолированную камеру помещают животное, которое получает строго контролируемое по калорийности QП количество пищи. По изменению температуры Dt в камере определяют количество образующегося тепла QК. Наблюдения показывают, что при изменении количества пищи всегда соответствующим образом меняется количество образующегося тепла, т.е. выполняется равенство: QП = QК. Из этого следует, что закон сохранения энергии полностью справедлив и для живых организмов.

Читайте также: