ĐẠI HỌC HUẾ

TS. ĐOÀN SUY NGHĨ (Chủ biên)
TS. LÊ VĂN TRỌNG

GIÁO TRÌNH

LÝ SINH HỌC

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC HUẾ
Năm 2006


TS. Đ O À N SUY N G H Ĩ (Chủ biên)
TS. L Ê V Ă N T R Ọ N G

G i á o

S

I

N

t r ì n h

H

H

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI H Ọ C H U Ế

Năm

2006

Ọ

C


Được tài trợ bới
Q U Ỹ n â n g cao chất lượng - D ự án g i á o dục đ ạ i học
T í n dung số: 3 1 2 6 V N


MỤC

LỤC
Trang

Lịi nói đ ầ u

7

Mơ đẩu: Lý sinh, sự hình thành và phát triển

9

C h ư ơ n g Ì : N h i ệ t đ ộ n g học h ệ sinh v ậ t

11


I. Nhiệt động học hệ sinh vật và hướng nghiên cứu

11

l i . M ộ t số khái niệm và đại lượng cơ ban

11

IU. Định luật I nhiệt động học và những hệ qua cua nỏ

13

IV. Định luật Heccer

15

V. Định luật I nhiệt độns học áp dụnti vào hệ sinh vật

16

V I . Phương pháp nhiệt lượng kế gián tiếp và nguyên tắc hoạt động cua cơ
thê sổng

18

V U . Phân biệt nguyên tắc hoạt động cua cơ thê sống với máy nhiệt

20


V U I . Định luật l i nhiệt động học

21

IX. Tính chất thống kê cùa định luật l i nhiệt động học

26

X. Định luật l i nhiệt động học áp dụne vào hệ sinh vật

28

X I . Năng lượng tự do

31

C h u ô n g 2: Đ ộ n g hục c ủ a c á c p h ả n ứ n g s i n h v ậ t

35

ì. Bậc phan ứng và tốc độ phàn ứng

35

l i . Phan ứng bậc một

36

IU. Phan ứng bậc hai


37

IV. Phan ứng bậc ba

37

V. Phan ứng thuận nghịch

38

V I . Phán ứne song song

40

VU. Phan ứng nối tiếp

42

V U I . Phan ứng vịng

45

IX. Phan ứntỉ bậc khơng

45

X. Phán ứng tự xúc tác

46



X I . Phàn ứng dây chuyền

46

X U . Nhiệt độ và tốc độ phan ứng

50

X I U . Sự p h ụ t h u ộ c c ù a tốc đ ộ p h á n ứng hóa sinh v à o nhiệt đ ộ

51

X I V . Phương p h á p phức hoạt hóa

55

X V . Sự điêu hịa tóc độ phan úng tronc cơ thè sống

58

C h ư ơ n g 3: T í n h t h ấ m c ủ a t ế b à o v à m ơ

62

ì. Các p h ư ơ n g p h á p nghiên cứu tính thấm

6

l i . M à n g tế bào và vai trò của m à n g tế bào


63

IU. Quy luật chung về sự xâm nhập cua vật chất \ à o trong tế bao

66

ỈV. Quá trình vận chuyển thụ độne

67

V. Quá trình k h u y á c h tán và định luật Fich

68

V I . Quá trinh vận chun tích cực

70

V U . Q u á trình vận chuyến các chất hữu cơ

75

V U I . Tính thấm cua tế bào đ ố i với nước

78

IX. Tính thấm cua tế hào và mô đ ố i với axit và kiềm

81


X. Thực bào và uổng bào

82

C h ư ơ n g 4 : Đ i ệ n t r ở cua t ế b à o v à m ô

85

I. Điện trờ cua tế b à o và m ô

85

l i . Điện trở cua tế bào và mơ dưới tác dụng cua dịng điện một chiều

87

IU. Sự biến đơi điện trơ theo tần số dịng xoay chiều

90

IV. T ô n g trớ cùa te bào và m ô

92

V. Á p dụng p h ư ơ n g pháp đo điện trong chân đoán và điều trị bệnh

93

V I . M ộ t số p h ư ơ n g p h á p điện di


97

C h ư ơ n g 5: Đ i ệ n s i n h hục

99

ì. M ờ đầu

99

l i . Điện thế m à n g và điện thế pha

101

HI. Điện thế tĩnh

108

IV. Điện thế tổn t h ư ơ n g

I 11

7


V. Điện thế hoạt động

112


VI. Bán chất cua điện thế tĩnh và điện thế tốn thương

117

VU. Bán chất của điện thê hoạt động

121

VUI. Áp dụng phương pháp đo điện thế trong chân đoán và điều trị bệnh

125

C h ư ơ n g 6: Điện đ ộ n g học

127

I. Các hiện tượrm điện động học

127

li. Nguồn gốc điện tích bề mặt

132

IU. Điện thế zetta và phương pháp xác định

134

IV. Các yêu tô anh hướng đèn điện thẻ zetta


137

V. Ý nghĩa sinh học cùa điện thế zetta

137

C h ư o n g 7: C ơ sở h ó a lý của sự h ư n g p h â n

139

1. Khái niệm hưng phấn và ngưỡng hưng phấn

139

li. Lý thuyết hưng phấn cua Heinbrun

140

IU. Thuyết phá húy cấu trúc cua Naxonov và Alecxandrov

141

IV. Lý thuyết hưng phấn cua Nernst

141

V. Lý thuyết hưng phấn cua Bernstein

143


VL Lý thuyết hirntỉ phấn cua Laxarev

146

VU. Cơ chẻ dẫn truyền sóng hưng phàn trong dây thần kinh

147

VUI. Cơ chế bàn giao hưng phấn qua xinap

152

C h u ô n g 8: Quang sinh học

155

I. Ban chất cua ánh sáng

155

li. Qui luật hấp thụ ánh sáng

156

IU. Các "lai đoạn cơ bán cua quá trinh quantỉ sinh học

159

IV. Sự phát quang


161

V. Phan ímg quang hóa

165

VI. Phương pháp đo độ hấp thụ tron" ù i n e ánh sáng tròng
thấy và tứ ngoại

168

VU. Quang hợp

17]


VUI. Tia tư ngoại và các hiệu ứng sinh học cua nó

175

IX. Tác dụng cua tia tư ngoại lèn axit nucleic

176

X. Tác dụng cua tia tử ngoại lên protein

18

C h ư ơ n g 9: Phỏnìi xạ sinh học


180

ì. Các nsuồn tia phóng xạ

180

l i . Tương tác cua tia roentaen và tia Y đồi với vật chất

184

IU. Tác đụng cua tia phỏng xạ có ban chất hạt đối với vật chất

186

IV. Cơ chê chung về tác dụng cua tia phóng xạ lên cơ thè sổng

187

V. Tác dụne hóa học cua tia phỏng xạ

189

V I . Độ nhạ\ cam phóng xạ cua sinh vặt

190

VU. Các hiệu ứntỉ sinh học liên quan tới sự chiếu xạ

\9\


VUI. Các thuyết giai thích cơ chế tơn thươna do tác dụng cua phóng xạ

1^4

IX. Tác dụng cùa tia phóng xạ lẻn phân tư sinh học

197

X. Tác dụng cua tia phóng xạ lẻn q trình phàn bào

198

X I . Một sô ÚT12 dụng cua neuôn tia hức xạ ion hóa

200

Tài liệu tham khảo

203

7


M à i

n é t

đ ầ u

Ở Việt Nam và trên th ế giới, Lý sinh (biophysics)


là mòn học cư sư được

day trong các trường đại học Khoa học, đại học Y - Dược, đại hục Nông
nghiệp, đại học Sư phạm, đại học Thúy sản V.V.. Hiên được Lý sinh cùng với
một sổ môn khoa học cơ bàn khác sẽ hiên được các ngun lí cùa các q trình
sinh học. đặc biệt là cơ ch ế h oa lí và bùn chắt VỘI lý cùa các hiện (ương song.
Giáo trình Lý sinh vừa bao hờm những kiên thức cơ ban vừa cập nhật nhùng
thơng tin mới, do đó việc tiến h ành biên soạn giáo trình này gặp rát nhiêu khó
khơn Với mung mn phục vụ kịp thời kiên thức cơ ban vê lý sinh trong khuôn
khô cùa Dự im giàu dục đại học mức B. chúng tôi đõ mạnh dạn viết ạiáo trình
này. Giảo trình Lý sinh khơng chì phục vụ cho các sinh viên cua các trường
thuộc Dại học Huê mà còn là tài liệu cân th iết ch o những ai quan tâm đèn
chuyên ngành Lý sinh.
Phân cônẹ nội dung như sau:
- Phùn mở đâu; chương ỉ, 2, ỉ, 7, 8, 9 do TS. Đoàn Suy Nghĩ biên soạn.
- Chương 4, 5, 6 do TS. Lê Vãn Trọng biên soạn.
Đê hồn thành giáo trình này. chùn? tơi xin chân thành cam ov Ban dự
án giáo dục dại học - Đại học Huề, GS. TS. Nguyền Thị Kim Ngân đà đọc phàn
biện và GS TSKH. Lé Doãn Diên đã đóng góp nhưng ý kiến quỷ báu cho giảo
trình này.
Mặc dù chủng tôi đà h ết sức cỏ gang nhung cuốn giáo trình cùng khơng
tránh khỏi những th iếu sót. Rai mong nhận được sự góp ý của bạn đọc gần xa
đê chủng tơi hồn thiện cuốn giáo trình này trong lần tài ban

sau.

Chú biên
TS. Đ o à n Suy Nghĩ


7


M Ở
LÝ SINH, S ự

ĐÀU

HÌNH T H À N H

VÀ P H Á T

T R I Ể N

Sự áp dụng kiến thức vật lý vào nghiên cứu sinh học đã được thực
hiện vào cuối thế ky X V I I I . Năm 1780, hai nhà khoa học Pháp là Lavoadie
và Laplace đã tiến hành thí nghiệm dê khao sát tính đúníi đản cua định luật ì
nhiệt động học khi áp dụng vào hệ thịnti sơng. Năm 1791, Galvani, giáo sư
giai phẫu trườne đại học Bolon (Italia) đã công bố két qua nghiên cứu trong
quyên sách Bàn vê các lúc điện động vật trong co cơ. khăng định có tơn tại
dòng điện sinh vật. Năm 1859. Raymond đà phát hiện phân trước và phân
sau cầu mắt động vật có xương sống tồn tại một hiệu điện thế xà đo được
giá trị từ 10 đến 38mV, gọi là điện the tĩnh (hay điện thế nghi neơi). Năm
1865, Holgreen phát hiện được aiá trị hiệu điện thế giữa phan trước và phần
sau cầu mắt động vật có xương sống sẽ tăng lẻn khi mất được chiêu sáng.
Sau này. các nhà khoa học xác định, đó chính là điện thế hoạt độim (hay
điện thế hung phấn). Năm 1875. Calton khăng định khi mắt được chiếu
sáng, không những điện cầu mất tăne lẽn như Holsreen đã phát hiện mà
điện ớ vùng thị giác trên bán cầu đại não cũng tăng lên. Các nhà khoa học
sau này đã xác định đó chính là dịng điện hưng phấn xuất hiện khi mắt

được chiếu sáng, đã lan truyền theo dây thán kinh thị giác tới vùng thị giác
trên bán cầu đại não. dần tới hiệu ứntí sinh học là cam nhặn được ánh sáng.
Năm 1922, Erlaniỉer và Gasser dùng dao độntĩ ký âm cực đẻ đo dòng điện
hưng phấn xuất hiện tronu dây thần kinh. Năm 1922,Viện lý sinh ớ Liên Xô
cù được thành lập.
Năm 1929, Bereer ghi được điện não đồ cua động vật. Lịch sư hình
thành lý sinh đã được Taruxop. giáo sư trường Đại học tỏng họp Lòmỏnòxỏp
khẳng định: "Lý sinh được xem như là một ngành khoa học bát đâu được
hình thành từ thế ký XIX".
Thè ky XX là the ky phát triẽn mạnh mè những nghiên cứu khoa học
về lý sinh trong các lĩnh vực: nhiệt độna học. độne học cua các quá trình
sinh vật, vận chuyên chất qua màng tê bào, quang sinh học và phóng xạ sinh
học, v.v...

Q


Thời kỷ đàu, lý sinh được xác dinh như lả một ngành khoa học nghiên
cứu các hiện tượng vật lý tron" hệ thơng sịng. Sau đó, lý sinh được xác
đinh nhu là một nuành khoa học nghiên cứu các cơ chê vật li, đặc biệt lá cơ
chế hóa lý cua các quá trình xay ra trong hệ thống sống ớ mức độ phàn tư. tê
bào, mỏ và co thè.
Bước sang thè kỳ X X I , hàng loạt vân đề đang được đặt ra cho các nhà
lý sinh cằn phai nghiên cửu. Đó là nãnR lượng sinh học, sự chuyên hóa năng
lượng và sư dụng năns lượng cua hệ thịng sơng? Ban chát và co chẻ hình
thành điện thè sinh vật? Hiện tượng phàn cực ơ trone hệ thống sông xa) ra
như thẻ nào và có 2Ì khác so với ơ hệ vật lý? Ban chất cua quá trình hung
phần là vấn đẻ cần phai tiếp tục nghiên cứu.
Các chi sơ đặc trưng về vật lý \à hóa lý dơi với tẻ bào, mơ, cơ quan.
cơ thè có mõi liên quan như thế nào trone hệ thõne tiến h ó a Vân đê tự điêu

0

chinh các qua trình sinh học cua cơ thẻ SOI12 trước những thay đôi cua yêu
tô môi trườns cũng đang được các nhà l>' sinh quan tâm nghiên cứu. Sinh
học phóng xạ hiện đarm thu hút nhiêu nhà khoa học đi sâu nghiên cứu nhăm
phục vụ cho cịn" tác chọn giơng mới, bao quan lương thực, thực phàm,
côn" cuộc chinh phục vũ trụ, sư dụng nâng lượng hạt nhản vì mục đích hịa
bình và khơna loại trù kha nâng có cuộc chạy đua vũ trarm trong việc năm
giữ "đòn hạt nhân đâu tiên" với tham \ọng bá quyên thê giới?

lũ


Chuụng
N H I T
ã

N G
ô

H C
ã

è
H Ệ S I N H
•

V Ậ T
•


ì. N h i ệ t đ ộ n g h ọ c h ệ s i n h v ậ t v à h ư ó n g n g h i ê n c ứ u
Nhiệt động học hệ sinh vại là lĩnh vực nghiên cứu hiệu ứntĩ năng
lượng, sụ chuyến hóa giữa các dạng năng lượng, kha năng tiên triên, chiều
hướng và ciới hạn tự diễn hiên cùa các quá trình xáv ra tron" hệ thong son"
C ơ thề sống trong q trình sinh trường và phát triển đêu có sù dụng
nâng lượng, vi vậy nhiệt động học hệ sinh vật là lĩnh vực cẩn được nghiên
cứu. Đ ố i tượng nghiên cứu cua nhiệt dộng học hệ sinh vặt là co thẻ song. đó
là một hệ m ơ do ln xay ra sự trao đ ỏ i vật chát và năng lượng với mõi
trường xung quanh, có kha n â n " tự điêu chinh, tự sinh san... nên khác với hệ
vật lí như chất răn, chát long hay chất khí... Hiện nay. nhiệt động học hệ
sinh vật có các hướng nghiên cứu chú yêu sau:
- Nghiên cứu sự chuyên biên nãne lượng ớ mức độ phân tư. tẽ bào.
mô, cơ quan hay toàn bộ cơ thè khi 0 trạng thái sinh lý bình thường và trạng
thái đ a n g hoạt động. Xác định hiệu suất sư dụng năng lượnii cua các quá
trình sinh vật và năng lượng liên kết trong các liên kết cua các cao phân lư
sinh học.
- Nghiên cứu tính chát nhiệt động cua các quá trinh diễn ra trong cơ
thế song như quá trình khuếch tán. thâm thấu, vận chuyên tích cực,...
- N g h i ê n cứu cư chế tác động cua sự thay đ ố i các yếu tố mòi trường
lên quá trình chuyến hoa năng lượng và sự trao đơi nâng lượng giữa cơ thê
sống với môi trường.
li. Một sổ khái niệm và đại luông co bán
- H ẹ : hệ là một vật thê ha) một n h ó m vạt thè được dùng làm đối tượng
đẻ nghiên cứu. V i dụ. khi chọn cá thê đê nghiên cứu thi cá thẻ là một hệ còn
khi chọn quan thê dè nghiên cứu thì quan thê là mội hệ.
- H ệ cơ lập: lả hệ khơniỉ có sự trao đ ố i vật chai và nãne lượng giữa hệ
với môi trường xung quanh. Trên thực tế, rất khó xác định được một hệ cị
lập hồn tồn nhưng ở qui mị thi imhiệm các nhà khoa học có thê thiêt kê

Ì I



được hệ cô lập n h ư bom nhiệt lượng dùng đê rmhiẻn cứu hiệu ứnu nhiệt cua
các phán ứng ơxy hóa.
- H ệ kín: là hệ khơng trao địi vật chất với môi trường xung quanh
n h ú n " có trao địi năng lượne với mịi trường xung quanh.
- H ệ mơ: là hệ có trao đơi cả vật chát và nãrm lượng với mỏi trường
xunu quanh. Ví dụ: co thê sống là một hệ mờ.
- Tham sò trạng thái: là các đại lượng đặc trưng cho trạnu thái cua một
hệ, V i dụ như nhiệt đ ộ , áp suất, thê tích. nội năng, entrơpi...
- Trạng thái cân b ã n e : là trạng thái trong đó các tham sơ trạng thái đạt
một giá trị nhắt định và kiiông đ ỏ i theo thời gian.
- Q u á trình cân bàng: là q trinh trong đó các tham sỗ trạng thái thay
đòi với tốc đ ộ chậm tới mức sao cho tại mồi thời diêm có thê xem như trạng
thái cua hệ là trạng thái cân bằns.
- Q trình đăntỉ nhiệt, đãng áp, đãng tích là q trình diễn ra trong đó
nhiệt độ, áp suất và thể tích ln khơne đơi trong suốt q trình diễn ra.
- Ọ trình thuận nghịch: là q trình biên đơi mà khi hệ trớ về trạng
thái ban đầu không kèm theo bất cứ một sự biến địi nào cua mơi trường
xung quanh.
- Quá trình bất thuận nghịch: là quá trinh biên đôi mà khi hệ trơ vê
trạng thái ban đầu làm thay địi mơi trường xung quanh.
- Hàm trạng thái: một đại lượn" được xem là một hàm trạng thái, đặc
trưnii cho tran" thái cua hệ. khi sự biến thiên giá trị cua nó trong hất cứ q
trình nào cũng chi phụ thuộc vào eiá trị đầu và giá trị cuối mà không phụ
thuộc vào con đườne chuyến biến. N ộ i năng (Ù), nâng lượng tự do (F), thế
nhiệt độntỉ (Z hay G), entanpi (H), entrôpi (S) là nhùng hàm trạng thái.
- N ă n e lượng: nãne lượng là đại lượng có thê đo được. có thê biến đỏi
một cách định lượnư luôn theo cùng một ti lệ thành nhiệt lượng Nâng lượng
phan ánh kha năng sinh công cua một hệ Dơn vị dùng đè đo năng lượng là

calo (Cai) hay Jun (J).
- Cịntz và nhiệt: dó là hai hình thức truyền nâng lượng tù hệ này sang
hệ khác. Nếu như sự truyền năng lượng từ hệ này sang hệ khác gan liền với
sự di chuyên \ ị trí cua hệ thi sự truyền đó được thực hiện đi dạng cơng.
Ví dụ khi chạy 100 mét thì năng lượng tiêu tốn đã được dùng xào thực hiện

Ì •)


cịng đế di chun vị trí. Nếu sự truyền năng lượng từ hệ này sang hệ khác
làm thay đôi tốc độ chuyến động cùa phân tư ơ hệ nhận năng lượriiỉ thì sự
truyền đó được thực hiện dưới dạne nhiệt.
Cơng và nhiệt là hàm số cua quá trình vi chúng đều phụ thuộc vào
cách chuyên biên.
- Nội năng: nội năng cua một vật thê hao gồm động nănữ của các phân
tư chuyên động và thế nâng tương tác do sự hút và đây lẫn nhau giữa các
phân tứ cùng với năng lượng cua hạt nhân nguyên tư và năns lượng cua các
điện tư.
t u . Định l u ậ t ì nhiệt đ ộ n g học và n h ữ n g hệ q u ả của nó
Định luật I nhiệt động học được hình thành qua các cơng trình nghiên
cứu cua các tác gia như M.V.Lơmỏnơxơb (1744), G.I.Heccer (1836), R.
Majo (1842). Helmholtz (1849). Joule (1877)... Định luật [ nhiệt động học
được phát biêu như sau:
"Trong một quá trình, nếu năna lượn" ơ dạng này biên đi thì năng
lượng ơ dạng khác sẽ xuất hiện với lượng hoàn toàn tương đương với giá trị
của năng lượng dạng ban đầu".
Định luật ì nhiệt động học bao gồm hai phần:
- Phần định tính khăng định năng lượng khơng mất đi mà nó chi
chuyên từ dạng này sang dạng khác.
- Phần định lượng khăng định giá trị năng lượng vần được bao tồn

(tức giữ ngun giá trị khi qui đơi thành nhiệt lượng) khi chuyên từ dạng
năng lượng này sang dạng năng lượng khác. Giá trị năng lượng chi được
bảo toàn khi quá trình xây ra là quá trình thuận ntỉhịch và hiệu suất cua quá
trình đạt 100%. Đối với quá trình bất thuận nghịch, hiệu suất cua quá trình
nho hơn 100% thì neồi phan năng lượng truyền cho hệ phái cộng thêm
phần năng lượng đã toa ra mòi trường xun2 quanh.
Biếu thức tốn học cua định luật Ì nhiệt động học: một hệ cơ lập ờ
trạng thái ban đầu có nội năng U i . nếu cung cấp cho hệ một nhiệt lượng ọ
thì một phần nhiệt lượng hệ sứ dụng đê thục hiện cơng A, phần cịn lại làm
thay đối trạng thái cứa hệ từ trạng thái ban đầu có nội năng Ui sang trạng
thái mới cỏ nội năng U : ( U : > Ui). Từ nhận xét trên ta có biêu thức:
Ọ = AU + A

(1.1)


Trong đó: AU = U : - Ui
Cịng thức (1.1) có thê \ iẽt dưới dạns:
AU = U : - Ui = Ọ - A

(1.2)

Đôi với quá trinh biến đỏi vị cùng nho. phương trình (1.2) có thẻ n é t
dưới dạng:
dU = Ô Q - Ô A

(1.3)

dU: chi sự biên địi nội nãne Li. là hàm số trạng thái.
ƠQ và ỊA: chi sự biến địi nhiệt lượng ọ và công A, là hàm số cua quá trinh.

Từ biêu thức (1.2), định luật ì nhiệt động học có thê phát biêu
như sau:
"Sự biên thiên nội năng cua hệ bàng nhiệt lượng do hệ nhận được trừ
đi công do hệ đã thực hiện".
Từ định luật I nhiệt động học dần đen các hệ qua sau đây:
- Nêu hệ biên đôi theo một chu trinh kin (có trạne thái đầu và trạntí thái
ci trùng nhau) thì nội năng cua hệ sẽ khơng thay đôi ( U i = U i - > AU = 0).
- Khi cung cáp cho hệ một nhiệt lượng, nêu hệ khơng thực hiện cơng
thì tồn bộ nhiệt lượng mà hệ nhận được sẽ làm tăng nội năng cua hệ.
Theo (1.2), AU = u

2

- U i = Q - A , nếu A = 0 - > u

:

- Ui = ọ . H ệ nhận

nhiệt nên Ọ > 0 - > U ; - Ui = Ọ > 0 -> U : > U i .
- Khi k h ó n e cung cáp nhiệt lượng cho hệ mà hệ muốn thực hiện cơng
thi chi có cách là làm giam nội năng cua hệ.
Theo (1.2). AU = U ; - Ui = ọ - A. nếu ọ = 0 -> u

2

- Ui - - A

- > A = Ui - Ù:- H ệ muốn thực hiện công, tức A > 0
-> Ui - VỊ > 0 - + Ui > U i . Sau khi thực hiện công (tức A > 0), nội

năng cua hệ đã giam tư Ui xướng U : nho hơn.
- Hệ thực hiện theo chu trình kin, nếu khơng cung cấp nhiệt lượng cho
hệ thì hệ sẽ khơne có kha năng sinh cơne.
Theo (1.2), A U = Q - A, nếu hệ thực hiện theo chu trình kín, theo hệ
quả một thì AU = 0 - > ọ - A = 0 -> Q = A.

14


Do vậy, nếu ọ = 0. tức không cung cấp nhiệt lượng cho hệ thì hệ cũng
khơng có kha năng sinh còng, tức A = 0. H ệ quá này có thể phát biểu dưới
dạng: " K h ơ n g thê chế tạo được động cơ vinh cưu loại một. đ ó là loại động
cơ khơng cần cung cấp năng lượng n h ư n g vần có kha năng sinh cơng".
IV. Định luật Heccer
Được Heccer tìm ra n ă m 1836, sau này được các nhà khoa học xếp
thuộc v à o hệ qua cua định luật ì nhiệt đ ộ n g học. Định luật Heccer phái
biêu n h ư sau: " H i ệ u ứng nhiệt cua các phan ứng hóa học chi phụ thuộc
vào dạng vá trạng thái cua chát đâu và chãi c u ố i mà k h ô n g phụ thuộc vào
cách c h u y ê n b i ê n " .
Ví dụ: phan ứng tạo khí C O : từ than n g u y ê n chất là cacbon (C) có thê
tiên hành theo 2 cách sau:
Cách I : đốt trực tiêp than nguyên chất thành khi C O : sẽ giai phónii
nhiệt lượng là Q\. Phan ứng xay ra:
c + 0 : - > C O ; + Ọ,
Cách 2: c h u y ê n than nguyên chất thành c o theo phan ứng:
Ì
c + 4- 0

2


-> C O + Q:

Từ co chuyển tiếp thành CO; theo phán ứng:
Ì
CO + - O; - > C O : + Ọ3
2
Sơ đồ minh hoa:

Ọ]
c

—

>C02

Theo định luật Heccer, chất đầu tham gia phan ứng (C) và sán phàm
cùa phản ứng (CO:) giong nhau nên có hiệu ứng nhiệt giống nhau:
Oi = Ọ : + Q3

15


Trong thực nghiệm, hiệu ứng nhiệt cùa quá trình đốt than thành

co

khơng thể đo trực tiếp được vì khi than cháy kliơnií bao giờ chi cho c o mà
cịn cho một ít CO:. Nhưng thực nehiệm lại đo trực tiếp được:
Ọ, = 97 Kcal M và Ọ? = 68 Kcal/M.
Từ đ ó . dễ d à n e suy ra giá trị:

Q: = Ọ , - Q , = 97 Kcal/M - 68 Kcal/M
Ọ : = 29 K c a l / M .
Định luật Heccer có ý nghĩa rất quan trọntị đ ố i với hệ sinh vật. Trong
hệ sinh vật diễn ra nhiều phán ứng phức tạp, cho đến nay vẫn cịn nhiều
phàn úng trung gian chưa có thế đo trực tiếp được hiệu ứng nhiệt. Dựa vào
định luật Heccer có thế giai quyết được khó khăn này.
V. Định luật ì nhiệt động học áp dụng vào hệ sinh vật
Người đầu tiên tiến hành thí nghiệm để chứng minh tính đúng đản cùa
định luật ì nhiệt động học khi áp dụng vào hệ thống sống là hai nhà khoa
học Pháp Lavoisier và Laplace vào năm 1780. Đ ố i tượng thí nghiệm lả
chuột khoang. Thí nghiệm cách ly cơ thê khói mơi trường bèn ngồi bằng
cách ni chuột trong nhiệt lượng kẻ ớ nhiệt độ 0 ° c . Dùng một lượng thức
ăn đà xác định trước đẻ nuôi chuột thi nghiệm.
Trong cơ thẻ chuột sẽ diễn ra các phan ứng phân huy thức ăn tới san
phẩm cuối cùng là khí CO: và H : 0 , đồne thời giai phóng ra nhiệt lượng Q|.
Nêu coi ở điều kiện 0 ° c , chuột đứng yên, khôn" thực hiện cơng mà chi SƯ
dụng nhiệt lượng giải phóng ra do ơxy hóa thức ăn đế cung cấp nhiệt lượng
cho cơ thể và tỏa nhiệt ra môi trường, qua nhiệt kế đo được sự tăng nhiệt độ,
theo công thức sê tính được nhiệt lượng Q|. Đồng thời, lấy một lượng thức
ăn tương đ ư ơ n g với lượng thức ăn đã cho chuột ăn trước khi thí nghiệm đem
đốt cháy trong bom nhiệt lượng kế cũng tới khí CO: và H : 0 , giai phóng ra
nhiệt lượng Q Ị . SO sánh hai kết quá thí nghiệm thấy giá trị Qi tương đương
với Ọ:. Điều này chứng to nhiệt lượng giai phóng ra từ các phan ứng hóa
sinh diễn ra trong cơ thê sống hoàn toàn tương đương với nhiệt lượng giải
phóng ra từ các phan úng ơxy hóa diễn ra ơ ngồi cơ thề sống. Nói cách
khác, hiệu ứng nhiệt cua q trình ơxy hóa chất diễn ra ớ trong cơ thẻ sống
và hiệu ứng nhiệt cua q trình ơxy hóa chát điền ra ơ ngồi cơ thè sống là
hồn tồn tương đương.

ì£



Đe tăng độ chính xác cua thí nghiệm, sau này có nhiều mơ hình thí
nghiệm cùa nhiều nhà nghiên cứu được tiến hành nhưng đáng chú ý nhái là
cua Atvvater và Rosa vào năm 1904.
Đối tượng thí nahiệm là người và thời gian thí nghiệm là một ngày
đêm (24 giờ). Trong thời gian thí nghiệm, cho người tiêu thụ một lượng
thức ăn nhất định. thơng qua đo lượng khí ơxy hít vào (hay khí CO: thơ ra),
nhiệt thái ra từ phân và nước tiếu... sẽ tính được hiệu ứng nhiệt cua các phản
ứng phàn hủy thức ăn diễn ra ơ cơ thê người trong 24 giờ. Đồng thời đốt
lượng thức ân tương đương với lưựniỉ thức ăn mà người đà tiêu thụ ờ trong
bom nhiệt lượng kế sè đo được nhiệt lượniỉ toa ra. Két quả thí nghiệm:
Hiệu ứng nhiệt cua các phan ứng diễn ra ớ cơ thè người trong 24 giờ:
1374 Kca)

Nhiệt lượng toa ra xuna quanh
Nhiệt lượng toa ra do thở ra

181 Kcal

Nhiệt lượng toa ra do bốc hơi qua da

227 Kcal

Nhiệt do khí thải ra

43 Kcal

Nhiệt toa ra từ phân và nước tiểu


23 Kcal

Hiêu đính (do sai số)

31 Kcal
1879 Kcal

Tống cộng nhiệt lượnc thái ra :
Nhiệt lượng do thức ăn cung cáp:
56,8 găm protein

237 Kcal

79,9 găm gluxit

335 Kcal

140,0 găm lipit

1307 Kcal

Tổntĩ cộng

:

1879 Kcal

Lưu ý: khi ôxy hóa I găm protein ớ trong bom nhiệt lượng kê tới khí
CO} và H : 0 , giãi phóng ra 5,4 Kcal cịn trong cơ thể sống phân giải Ì găm
protein tới Lirê chi giải phóng khống 4,2 Kcal. Khi ơxy hóa hồn tồn Ì

găm gluxit, giải phóng khống 4,2 Kcal cịn ơxy hóa hồn tồn Ì găm lipit
giải phóng từ 9,3 đến 9,5 K.cal.
Kết quá thí nghiệm cùa Atuater và Rosa khăng định năng lượng
chứa trong thức ăn sau khi cơ thế tiêu thụ đã chuyến thành năng lượno giải
phóng thơng qua q trình phân si ải bởi các phán Írn2 hỏa sinh diễn ra
trong cơ thế sống. Nàng lượnc chứa trong thức ân và nãns lượng giai
phóng ra sau khi cơ thẻ phân giải thức ăn là hoàn tồn tương đirơníỉ. Nhiệt
lượna trong ca thể người được chia làm hai loại là nhiệt lượng cơ bán (hay
nhiệt lượng sơ cấp) và nhiệt lượng tích cực (hay nhiệt lượng thứ cấp).


Nhiệt lượng cơ bán xuât hiện naa\ sau kin cơ thè hóp ilụi thức ăn \a liêu
thụ ị\> đè thực hiện phán ứna ị \ \ hóa. đong thịi giai phỏng ra nhiệt
lượns. Vi dụ. khi cơ thè hàp thụ I phàn tư găm (tức I M ) ạlucose, lộp tức
xàv ra phán ứng ị \ \ hóa đường và siai phóna ra 678 Kcal (nhiệt lượng cơ
ban). Cơ thè sè sư d ụ n í nhiệt lượng cơ ban vào các hoạt động sống, nêu cịn
dư sẽ được tích lũy vào ATP. Phân nhiệt lượne tích lũy vào các họp chát cao
năng sợi là nhiệt lượng tích cực. Trona cơ thê sịnn, nhiệt lượng cơ ban và nhiệt
lượng tích cực có liên quan xói nhau. Nêu nhiệt lượng co ban nhiều mà cơ
thè sư dụng ít thì nhiệt lượng tích cực sè tàng lên. Nêu nhiệt luợnti co ban
khịna có thi khơng nhưng nhiệt lượng tích cực bằns khơng mà co thè phái
phàn giái ATP, giai phóng ra năim lượng dê cung cấp cho các hoạt động
sống. 0 trạng thái sinh lý binh thương, cơ thê sông sẽ duy trì mơi tương
quan nhát định giữa nhiệt lượns cơ ban và nhiệt lượng tích cực. 0 mức độ tè
bào. có khoàno 50° 0 năns lượng cua chất dinh dưỡng được tích lũ) vào
ATP.
VI. Phưoiìg pháp nhiệt lượng ke gián tiếp và nguyên tắc hoạt
đ ộ n g c ù a CO" t h ê sống
Phương pháp đo nhiệt lượng cua Lavoisier và Laplace dùng trong thí
nghiệm chứng minh tính đúng dãn cua định luật ì nhiệt động học khi áp

dụng vào hệ sinh vật, gọi là phương pháp nhiệt lượng kê gián tiếp. Cư sờ
cùa phương pháp này là dựa vào lượng khí ơxy tiêu thụ hoặc lượng khí CO:
do cơ thê thài ra ơ động vật máu nóng (động vật có vú và người), co liên
quan chặt chẽ với nhiệt '.ượne chúa trons thức ăn.
Ví dụ: q trinh ơxy hóa glucose, phan ứng diễn ra như sau:
C H,:O + 60: = 6C0: + 6H 0 - 678 Kcal
p

b

:

(180gam)

(134.41)

(134,41)

Từ phan ứng trên cho thây cứ ỏxy hóa hồn tồn Ì phàn tư găm
alucose thi càn phai tiêu thụ 6 phân tư sam ôxy đồng thời thai ra 6 phàn tư
găm khí CO: và giai phóng ra 678 Kcal. ơ điều kiện tiêu chuẩn, mỗi phản tư
sam chất khí đêu chứa 22,4 lít. Do vậy 6 phân tư cam ơx\ hoặc CO: đều
chứa: 6 X 22,4 lít = 134.4 lít.
T ừ đó suy ra, cơ thê cứ tiêu thụ Ì lít 0 : đẻ ơx> hóa hồn tồn một
phân từ găm glucose đồng thời thài ra Ì lít CO; thì kèm theo giải phóne một
nhiệt lượng là: 678 Kcal/134,4 lít = 5,045 Kcal/lít và gọi lá đương lượng
nhiệt của ơxv. Dựa vào phương pháp nhiệt lượng kế gián tiếp, có thê xác
18



định được sụ thai nhiệt cua bất ki động vật máu nóng nào thơng qua số lít
ơxy tiêu thụ (hơcặc số lít CO: thai ra). Từ phan ứng ơxy hóa glucose ở trên
và sau này áp dụng chung cho gluxit khi ơxy hóa hồn tồn sẽ giải phóng ra
nhiệt lượng dược tính theo cơng thức:
Ọ(Kcal) = số lít O; ( hoặc so lít CO:) X 5.047

(1.4)

Khi ơxy hỏa protein, nhiệt lượng giải phóng ra được tính theo cơng thức:
Q(Kcal) = số lít 0

X 4.46

2

(1.5)

Khi ơxy hóa lipit, nhiệt lượng giai phóng ra được tính theo cơng thức:
Q(Kcal) = số lít 0

X 4,74

2

(1.6)

M ố i quan hệ giữa thức ăn, số lít O: tiêu thụ và sị lít C O : thái ra cùng
đương lượniì nhiệt của ỏxy được thê hiện qua bang 1.1.
Bảng 1.1. Đ ư ơ n g l u ô n g nhiệt của ôxy đ ố i v ớ i các loại thức ăn


T h ứ c ăn

Sổ lít O2 cần đ ế
ƠXỴ hoa 1 g ă m
thức ăn

Số lít CO2 t h á i
ra sau k h i ôxy
hoa l g thức ăn

Đu ong lượng
nhiệt cùa ôxy

Gluxit

0,83

0,83

5,045

Protein

0,97

0,77

4,46

Lipit


2,03

1,42

4,74

Đ ố i với thức ăn hồn hợp gồm cà gluxit, protein và lipit khi bị ơxy hóa,
nhiệt lượng giải phóng ra được tính theo cơng thức:
Q(Kcal) = s ố l í t 0

2

x 4,825

(1.7)

Phương pháp nhiệt lượng kế gián tiếp cịn có thể xác định được nhiệt
lượng giải phóng ra khi ôxy hoa thức ăn thông qua:
T h ư ơ n g số hô hấp là ti l ệ khí CO2 trên khí CK
Thương số hơ hấp cùng thay đôi tuy thuộc vào loại thức ân được ôxy hoa.
- ĐƠI với phán ứng ơxy hóa glucose:
C H, 06
6

2

+

60


2

T h ư ơ n g số hô hấp =

=

6CO: + 6 H 0
:

Sơ lít khí CO2

6 X 22,4 lít

Số lít 0

6 X 22,4 lít

19

2

= 1


Thương sô hô hâp cùa glucose được sứ dụng cho cá gluxit.
- Đ ố i với phản ứng ơxy hóa lipit có thương số hơ hấp bang 0,7, đ ố i với
protein bang 0,8 còn với thức ăn hồn hợp có nia trị nằm trong khống từ
0.85 đến 0,9.
T h ư ơ n g sơ hơ h â p có liên quan với đương lượng nhiệt cua ôxy, thê

hiện qua báng Ì .2.
Bảng 1.2. T h ư ơ n g số h ô hấp (TS hô hấp) và đ ư ơ n g lượng nhiệt c ù a ôxy
(ĐLN của ôxy)
TS h ô hấp

0,7

0.75

0,8

0,85

0,9

0.95

1

ĐLN cua ôxy

4.686

4.739

4.801

4.862

4,924


4.985

5.05

Khi ôxy hóa thức ăn, bằne cách đo lượng khí O: tiêu thụ và lượng khí
CO: thái ra (đơn vị là lít), tính được thương số hơ hấp. Dựa vào bang Ì .2,
lấy giá trị đương lượng nhiệt của ôxy tương ứng với thương số hơ hấp nhân
với số lít O i tiêu thụ sẽ biết được nhiệt lượng giai phóng (cịn gọi là lượng
nhiệt trao đ ổ i hay trị số trao đồi năng lượng).
Ví dụ: nếu thương số hơ hấp là 0,85 thì có đương lượng nhiệt cua ơxy
là 4,862 và biết cơ thè tiêu thụ 20 lít O: thì trị số trao đối năng lượng sẽ là:
4,862 X 20 lít O: = 97,24 Kcal
VII. Phân biệt nguyên tắc hoạt động của cơ thể sống vói máy
nhiệt
Máy nhiệt là động cơ dùna nhiên liệu đốt như dầu diedel, xăng đế sinh
công như máy nô ôtô, xe máy, máy bơm nước... Trong cơ học, hiệu suất SƯ
dụng năng lượne cùa một cái máy nhiệt, được tính theo cơng thức:

TỊ: hiệu suất cua máy nhiệt (%)
T i : nhiệt đ ộ Kelvin ớ trạng thái đầu (°K)
T i : nhiệt độ K e h in ớ trạng thái cuối (°K)
Công thức chuyên đôi giữa
phân C O :

nhiệt độ Kelvin và nhiệt đ ộ bách


T ( ° K ) = t(°C) + 273


(1.9)

Giá sứ hiệu suất sứ dụng năng lượng cùa một máy nhiệt đạt trung bình
là 33% = 33/100* 1/3.
Nếu ta cùng gia sư cơ thề sống hoạt động eiống như một máy nhiệt,
tức là cũng có hiệu suất SỪ dụng nâng lượng là 33% ?
Nhiệt độ ban đầu cùa cơ the người là 37°c, theo cơng thức (Ì .9) tính ra:
T, = 37 + 273 = 3 !0°K
Thay ĩ] = 33% * - và Ti = 310"K vào công thức (1.8) sẽ được:
1 T -310"K o
=

2

T 3|0

KT

3

T

2

2T = 930°K -> T = 465°K
2

2

Áp dụng cơng thức (Ì .9) ta có:

465 = t (°C) + 273 - » t = 465 - 273 = 192°c
2

2

Kết quá trên cho thấy cơ thè sống hoạt động không giống như một
máy nhiệt. Đối với cơ thê sống, protein bị biến tính ngay ở nhiệt độ từ 4 0 ° c
đến 60°c cịn ơ 192°c thì khơng có một sinh vật nhân chuẩn nào có thế sống
được. Điều đó khảng định cơ thề sống hoạt động khơng giống như một máy
nhiệt mà hoạt động theo nguyên lý cùa các quá trình sinh học.
V U I . Đ ị n h l u ậ t l i n h i ệ t đ ộ n g học
Định luật ì nhiệt động học chi cho biết về sự biến đối giữa các dạng
năng lượng khác nhau. cho phép xác đinh biêu thức chi rõ sự liên quan về
lượng giữa các dạng năng lượng khác nhau khi xuất hiện trong một quá
trinh cho trước. Song, định luật ì nhiệt động học khơng cho biết q trình
khi nào có thê xảy ra hoặc không xay ra và chiều hướng diễn biến cùa quá
trình nếu xây ra thì theo chiều hướne nào? Định luật l i nhiệt động học xác
định được chiều hướng tự diễn biến cua một quá trình cũng như cho biết quá
trình tự diễn biên đèn khi nào thì dừng lại và cho phép đánh eiá khá năng
sinh công cùa các hệ nhiệt động khác nhau.
Định luật li nhiệt động học có ba cách phát biêu
- Cách phát biểu thứ nhất còn gọi là tiên đề Clausius được đưa ra vào
năm 1850: "Nhiệt khơng thế tự (ìộm truyền từ vật lạnh sang vật nóng". Tư
đó suy ra rang. nhiệt nói riêng cịn những q trình nhiệt động nói chung chi


có the tụ diễn ra nếu xảy ra sự truyền năng lượng từ mức độ cao đèn mức độ
thấp, tức là theo chiều sradien. Gradien cua một thông số đặc trưng cho một
tính chất nào đó về tran" thái của hệ (như nòng độ) được xác định băng hiệu
số giá trị của thơng số đó ở tại hai điềm chia cho khoảng cách giữa hai diêm

đó.
Ví dụ: 2Ìa sư tại vị trí Ì có nồng độ là C| cịn ơ vị trí 2 có nơng độ là ọ
và C| > Ci thì hiệu số nơng độ sẽ là C| - C: cịn hiệu sơ khoang cách là X: - X].
Đặt ÁC = C| - C; và Ax = X2 - Xi thì aradien nơng độ được xác định:

c, > c _
2

ÁC

•

^*

Xi

X

Ax

=

CỊ-C

2

(1.10)

X -X|
7


2

Gradien là một đại lượng vectơ. có giá trị vê hướng và giá trị độ lớn.
Khi so sánh một tế bào sông với một vật vô sinh như một hạt cát, ta
thây rõ ngay răng trong tê bào sông duy tri nhiều loại gradien khác nhau.
Gradien màng đê duy trì điện thế tĩnh và điện thế hoạt động. gradien nồng
độ đê duy tri nông độ, eradien áp suât thâm thâu đê duy tri lượng nước trong
tế bào... Nếu tế bào chết thi các loại gradien cùng bị triệt tiêu.
Nêu xét ơ mức độ gradien thì sự sơne, cua tê bào luôn kèm theo sụ tồn
tại cùa các loại eradien.
- Cách phát biêu thứ hai do Thomson phát triên tiên đề cua
Clausius: "Khơng thẻ có một q trinh biến đơi chuyển tồn bộ nhiệt
lượng thành cơng".
Theo cách phát biểu cua Thomson thì hiệu suất hữu ích cua q trình
nhiệt bao giờ cũng nho hơn Ì (tức r| < I). Điêu này có nghĩa trong tự nhiên
khơng có một q trình nào có thể chun tồn bộ nhiệt lượng được cung
cấp thành cơng hữu ích. Đối với các q trinh điền ra trong hệ thịng sống có
tn theo cách phát biêu cùa Thomson hay không? Vân đê này sẽ đẻ cập đôn
ở phân sau.

22


- Cách phát biếu thứ ba trên cơ sờ ý kiến cùa Planck, cho ràng entrôpi
là một tiêu chuẩn đầy đù và cần thiết đè xác định tính thuận nghịch và khơng
thuận nghịch cua bắt cứ q trình vật lí nào điền ra trong thiên nhiên,

tìmìi


luật l i nhiệt động học phát biêu n h ư sau: " Đ ố i với hệ cỏ lập, mọi q trình
trontí tự nhiên đều diễn biên theo chiêu táng cua entrỏpi". V ậ y entrôpi là gi?
Đê hiếu rõ đại lượnti này ta xét ví dụ vê nguyên lý hoạt động cùa máy nhiệt.
Theo hình 1.1, ngun lý hoạt động cùa máy nơ như sau:

NíiLiịn cung cấp nhiệt
Oi

N

Máy sinh
cơng

t
Nguồn thu nhiệt

TỊ

H ì n h 1.1. N g u y ê n lý hoạt đ ộ n g cua m á y n ổ
Máy chi có kha năng sinh cơng A (tức bánh đà quay) khi được cung
cáp năng lượng là xăng. Khi xăng bị đốt cháy có nhiệt đ ộ là Ti và giai
phóng nhiệt lượng là ọ , . M ộ t phần cua nhiệt lượng Qi d ù n g đẻ sinh cơng A ,
phần cịn lại truyền cho nguồn nước làm lạnh máy là Ọ;, dẫn đến làm tảng
nhiệt độ cua nước là TỴ ơ đày Ọ | > ọ

:

và T i > T Ị

Theo (1.8) thì hiệu suất hữu ích cua q trình thuận nghịch được xác

định theo cơng thức:

n =

Oi

Q,-C>2

T.-T,

Q,

T,

(1.11)

Cân bang phương trình ta có:
T,.(Q, - Q ) = Ọ,(T, - T ) -> T | Q | - T , Q
2

2

23

2

= Q,T, - Q , T

2



Giản ước ta được: T | Q = Q | T : hay ^J- = ^ l
M
TỊ
2

(1.12)

T ừ vật lý học cho biết sụ thay đ ồ i entrôpi cua một hệ được xác định
theo công thức:
AS = ^

(1.13)

AS: sự thay đồi entrôpi cùa hệ.
Q: nhiệt lượng cung cấp cho hệ (calo).
T: nhiệt độ Kelvin (°K) cùa hệ.
Đối với quá trình biến thiên vơ cùng nho, ta có:
dS = ^
T

(1.14)

Đon vị cùa entrôpi là cal/M.độ
Entrôpi là một hàm trạng thái nên nó chi phụ thuộc vào trạng thái đẩu
và trạng thái cuối cùng cùa hệ.
C ô n g thức ( Ì . 12) có thê biêu diễn qua hàm entrơpi như sau:
T, T,
Si: entrôpi ơ trạng thái đầu.
S2: entrôpi ớ trạng thái cuối.

Địi với q trình thuận nghịch theo cơng thức ( Ì . 12) ta có:
S|=S: —> s = const (hãng sơ)

(Ì.15)

Trong m ộ i hệ nếu chi xay ra các quá trinh thuận ntỉhịch thi hệ luôn du}
tri ơ trạne thái cân bâng nên entrôpi cua hệ là khỏniỉ đơi. Đối với q trinh
khơng thuận nghịch thì AS > ậ vì nhiệt lượng curm cấp cho hệ khơng chi
T
làm thay đơi entrơpi cùa hệ mà cịn làm thay đôi entrôpi cua môi trường xung
quanh do sự ma sát và toa nhiệt. Thực nghiệm đã xác định đôi với một q
trinh khơng thuận nghịch thì entrơpi cua hệ ơ trạng cuối (tức S:) bao giờ cũng
lớn hom so với entrôpi cua hệ ớ trạng thái đâu (tức Si). Do vậy:
S?-S.>0

(1.16)

Trong một hệ xây ra các q trình khơng thuận rmhịch thi entrôpi cua
hệ bao g i ờ cũng tăng lên. Do đó. nêu là hệ cỏ lập thì các quá trình xay ra
lá


trong hệ sẽ tiến triển theo chiều tăng cùa entrôpi và entrôpi cùa hệ sẽ đạt giá
trị cực đại ở trạng thái cân bang nhiệt động.
Tính chung cho ca quá trình thuận nghịch và khơng thuận nghịch thì
sự thay đỏi entrõpi cua hệ có the viết như sau:
AS>0

(1.17)


Đối với quá trình thay đối entrơpi vơ cùng nho (gọi là q trình vi
phản) thì:

ds > 0

(1.18)

(Dấu băng dùng cho quá trình thuận nghịch cịn dâu lớn hơn dùng cho
q trình khơng thuận nghịch).
Ví dụ I : hệ cỏ lập gom vật thẻ A và vật thơ B. Vật thê A có nhiệt (lộ là
TA cịn vật thê B có nhiệt độ là Tu. (lia sư TA > Tu thi theo định luật li nhiệt
động học vật A sẽ truyền cho vật B một nhiệt lượng là ọ . Sự thay đổi
entròpi của vật A do mất nhiệt là: ASA =

(dấu trừ chi entrơpi của vật
'A

A bị giám) cịn sự thay đồi entròpi cua vật B do nhận nhiệt là ÂSB = —

V ật thế Hệ cô lập

Sự thay đổi entrôpi cua toàn hệ được xác định:
=

ASẠ

+ ASn - — - —
Tu T

A


Vì

TA

> Tu nên

TA

= ^

A

n

T .T„

Ị

A

- Tu > 0 suy ra AS > 0.

Vi dụ 2: nêm cục nước đá có nhiệt độ là Ĩ T (tức tính ra nhiệt độ
Kelvin là: Ti = 273 + Ó T = 27.VK) vào trong thùng dầu có nhiệt là MĨT.
(tức TỊ = 273 * 100 = 373"K).
Nhiệt độ sè tự động truyền từ dầu sang cục nước đá quy ra nhiệt lượng
là Ọ. Thực nghiệm xác định được ọ = 80cal.