Физика скачать реферат

[ книги ] [ рефераты ] [ тесты ] [ ридеры ] [ регистрация ] [ вход ]
[ новинки книг ] [ категории книг ] [ правила ]

Биофизические исследования в физике скачать реферат

Интерес физиков к биологии в XIX в. непрерывно возрастал. Одновре¬менно и в биологических дисциплинах усиливалась тяга к физическим методам исследования. Последние все шире проникали в самые различ¬ные области биологии. С помощью физики расширяются информационные возможности микроскопа. В начале 30-х годов XX в. появляется элект¬ронный микроскоп. Эффективным орудием биологического исследования становятся радиоактивные изотопы, все более совершенствующаяся спек¬тральная техника, рентгено-структурный анализ. Расширяется сфера при¬менения рентгеновых и ультрафиолетовых лучей; электромагнитные ко¬лебания используются не только как средства исследования, но и как факторы воздействия на организм. Широко проникает в биологию и, осо¬бенно физиологию, электронная техника.
Наряду с внедрением новых физических методов развивается и так называемая молекулярная биофизика. Добившись огромных успехов в по¬знании сущности неживой материи, физика начинает претендовать, поль¬зуясь традиционными методами, на расшифровку природы живой мате¬рии. В молекулярной биофизике создаются весьма широкие теорети¬ческие обобщения с привлечением сложного математического аппарата. Следуя традиции, биофизик стремится в эксперименте уйти от очень слож¬ного («грязного») биологического объекта и предпочитает изучать пове¬дение выделенных из организмов веществ в возможно более чистом виде. Большое развитие получает разработка различных моделей биологических структур и процессов — электрических, электронных, математических и т. п. Создаются и изучаются модели клеточного движения (например, ртутная капля в растворе кислоты, совершающая ритмические движения, подобно амебе), проницаемости, нервного проведения. Большое внима¬ние привлекает, в частности, модель нервного проведения, созданная Ф. Лилли. Это железное проволочное кольцо, помещенное в раствор со¬ляной кислоты. При нанесении на него царапины, разрушающей поверх¬ностный слой окисла, возникает волна электрического потенциала, кото¬рая очень похожа на волны, бегущие по нервам при возбуждении. Изу¬чению этой модели посвящается много исследований (начиная с 30-х годов), использующих математические методы анализа. В дальней¬шем создается более совершенная модель, базирующаяся на кабельной теории. Основой ее построения явилась некоторая физическая аналогия между распределением потенциалов в электрическом кабеле и нервном
Остальные области молекулярной биофизики пользуются меньшей по¬пулярностью. Среди них следует отметить математическую биофизику, лидером которой является Н. Рашевский. Математическая биофизика свя¬зана со многими областями биологии. Она не только описывает в мате¬матической форме количественные закономерности таких явлений, как рост, деление клеток, возбуждение, но и пытается анализировать слож¬ные физиологические процессы высших организмов. В США школой Ра-шевского издается журнал «Математическая биофизика».

Биофизические исследования в биологии
Сильным толчком для формирования биофизики послужило возникнове¬ние в конце XIX — начале XX в. физической химии, продиктованное необходимостью выявления механизмов, лежащих в основе химического взаимодействия. Эта новая дисциплина сразу же привлекла к себе вни¬мание биологов тем, что она открывала возможность познания физико-химических процессов в тех «грязных», с точки зрения физика, живых системах, с которыми им трудно было работать. Ряд направлений, возник¬ших в физической химии, породил такие же направления в биофизике.
Одним из крупнейших событий в истории физической химии была разработка С. Аррениусом (Нобелевская премия, 1903) теории электроли¬тической диссоциации солей в водных растворах (1887), вскрывшая при¬чины их активности. Эта теория вызвала интерес физиологов, ко¬торым была хорошо известна роль солей в явлениях возбуждения, проведения нервных импульсов, в кровообращении и т. д. Уже в 1890 г. молодой физиолог В. Ю. Чаговец выступает с исследованием «О приме¬нении теории диссоциации Аррениуса к электромоторным явлениям в живых тканях», в котором попытался связать возникновение биоэлектри¬ческих потенциалов с неравномерным распределением ионов. Несколько позже с аналогичными соображениями выступил американский биолог Ж. Лёб, признавший позже приоритет Чаговца.
В перенесении физико-химических представлений на биологические явления принимает участие целый ряд основоположников физической химии. Исходя из явления движения ионов солей, В. Нернст (1908) сформулировал свой известный количественный закон возбуждения: по¬рог физиологического возбуждения определяется количеством перенесен¬ных ионов. Физик и химик В. Оствальд разработал теорию возникно¬вения биоэлектрических потенциалов, основанную на допущении наличия на поверхности клетки полупроницаемой для ионов мембраны, способной разделять ионы противоположных зарядов. Тем самым были заложены основы биофизического направления в толковании проницаемости и структуры биологических мембран в широком смысле.

Физиология клетки.
Возникновение новых направлений в физиологии животных и человека, коренное изменение многих сложившихся ранее представлении и кон¬цепций, связанные с переходом к исследованиям на клеточном, субкле¬точном и молекулярном уровнях организации жизни, относятся к 40-м го¬дам нашего столетия. Эти события, знаменующие настоящий перелом в развитии физиологических наук, явились следствием современной науч¬но-технической революции. Грандиозные достижения физики и техники, в особенности электроники, автоматики и вычислительной техники, дав¬шие в руки физиологов принципиально новые методы сбора и анализа информации, привели к технической революции в этой области знания. Подтвердилась справедливость высказывания И. П. Павлова, что наука движется толчками в зависимости от успехов, делаемых методикой.
Созданной в наше время новой инструментальной технике физиоло¬гия обязана фундаментальными открытиями, возможностью проникнове¬ния в интимные процессы жизнедеятельности, в их внутреннюю орга¬низацию и механизм их регуляции.

Техническое перевооружение физиологии
На протяжении десятка лет неузнаваемо изменился облик физиологиче¬ской лаборатории. Старая аппаратура, служившая исследователям более столетия, отжила свой век и перекочевала в музеи истории науки.
Особенно ценными оказались следующие качества новой инструмен¬тальной техники: высокая чувствительность и точность измерительной аппаратуры, ее быстродействие, возможность преобразования одних про¬цессов в другие (например, механических и тепловых в электрические), возможность хранения и воспроизведения информации, осуществимость синхронного исследования нескольких физиологических процессов, воз¬можность проведения наблюдений на расстоянии, малые габариты и вес многих приборов. Стал достижим точный количественный и временной анализ микропроцессов (изменений температуры в 0,000001°, механиче¬ских перемещений, составляющих микроны, электрического напряжения, равного микровольтам), происходящих в микрообъектах (одиночных клет¬ках и их структурах) в микроинтервалы: времени (в течение долей мил¬лисекунды). Применение современной инструментальной техники и раз¬работка большого числа новых методов исследования оказали влияние решительно на все отделы физиологии.
Развитие общей физиологии тесно связано с успехами в изучении функций клеток и их структур. Еще в начале XX в. К. А. Тимирязев сетовал на то, что физиология клетки «пока и неосуществима, так как пе придумано еще ни весов, ни термометров, ни гальванометров для клеточки». В настоящее время такие приборы сконструированы, и это явилось одной из важнейших предпосылок создания подлинно экспери¬ментальной физиологии клетки. Другой предпосылкой следует считать успехи морфологического и биохимического исследования клетки, также связанные с применением новой исследовательской техники.
Для понимания происходящих в клетке физиологических процессов чрезвычайно велико значение исследований, выполненных при помощи электронного микроскопа. Благодаря его применению доказано наличие поверхностной мембраны, толщиной 70—80. А, оспаривавшееся некоторы¬ми исследователями, было обнаружено существование сложных систем внутриклеточных мембран и раскрыта их пространственная организация. Выяснилось, что мембраны представляют собой обязательный структурный элемент клетки. Особое внимание физиологов привлекли исследования саркоплазматической сети (ретикулума) мышечных волокон. Это образо¬вание, впервые обнаруженное при помощи светового микроскопа, было вновь открыто Ф. Шёстрандом и Б. Андерсоном в середине 50-х годов благо¬даря применению электронного микроскопа, позволившего изучить детали его строения. Изучена структура миофибрилл — сократительных элемен¬тов мышечных волокон. Посредством электронной микроскопии сверхтон¬ких срезов мышц в сочетании с исследованием рассеяния рентгеновых лучей под малыми углами установлено, что миофибриллы состоят из двух систем нитей, которые различаются по толщине и химическому составу. Полагают, что более толстые нити образованы миозином, более тонкие — актином. Нити одной системы входят своими концами в промежутки между нитями другой системы, причем между теми и другими имеются связывающие их поперечные мостики. Э. Хаксли (Нобелевская премия, 1963), обнаруживший такую структуру миофибрилл (1955—1956), выска¬зал предположение, что во время сокращения происходит скольжение одной системы нитей по другой.
Велики и достижения современной биохимии, получившей возможность изучать роль различных внутриклеточных образований в процессах об¬мена веществ. Этими возможностями биохимия обязана методикам уль¬трацентрифугирования, ультразвуковой дезинтеграции, электрофореза, хроматографии, пламенной фотометрии, масс-спектрометрии, изотопной ин¬дикации, адсорбционной спектроскопии, ауторадиографии, люминесцент¬ного анализа, определения двойного лучепреломления в потоке и мно¬гим другим, основанным на новейших достижениях физики и техники.

Термодинамика систем вблизи равновесия (линейная термодинамика). Первый и второй законы термодинамики
Предметом термодинамики является рассмотрение общих закономерно¬стей превращения энергии при ее переносе в форме теплоты и работы между телами.
В зависимости от характера обмена энергии и массы с окружающей средой через границы системы различают три группы систем. Изолированные системы не обмениваются с внешней средой ни энергией, ни массой, они полностью изолированы от влияния окружающей среды. Системы, которые через свои границы обмениваются энергией с окружающей средой, но не могут обмениваться массой (веществом), относятся к закрытым системам. Открытые системы обмениваются с окружающей средой и энергией, и массой.
Всякая система характеризуется определенными свойствами, или термоди¬намическими параметрами. Их совокупность определяет термодинамическое состояние системы, поэтому изменение хотя бы одного из параметров приводит к изменению термодинамического состояния системы в целом.
Процессы, протекающие в системе и изменяющие ее состояние, могут быть равновесными или неравновесными. Равновесные, или обратимые, процессы протекают в системе таким образом, что вызванные ими изменения в состоянии системы могут произойти в обратной последовательности без дополнительных изменений в окружающей среде. Наоборот, неравновесные, или необратимые, процессы, к которым относятся реальные превращения в природе, не обладают этими свойствами, и их протекание в обратном направлении сопровождается остаточными изменениями в окружающей среде. В классической термодинамике рассматриваются главным образом равновесные состояния системы, при ко¬торых ее параметры сохраняют свое значение во всех точках системы и не изменяются самопроизвольно во времени.
Первый закон термодинамики. Этот закон — обобщение многовекового опыта человечества, он является законом сохранения энергии в применении к процессам преобразования теплоты.
Обычная запись первого закона термодинамики имеет вид
Q=dU+A
и означает, что теплота Q, поглощенная системой из внешней среды, идет на увеличение внутренней энергии dU системы и совершение работы  против внешних сил.
В общем случае  включает работу против сил внешнего давления pdv и максимальную полезную работу, сопровождающую химические превращения:
A=A'max+pdv

Добавлен: 13.01.2012, 12:59 [ Скачать с сервера (59.0 Kb) ]
Категория: Физика | Добавил: Lakomka
Просмотров: 988 | Загрузок: 218
Рейтинг: 5.0/1

форма входа

Логин:
Пароль:

объявления

Повесть посвящена «трагическому стоицизму»: перед жестокостью мира человек, даже проигрывая, должен сохранять мужество и достоинство.
В краткой энциклопедии летательных аппаратов, разрабатывавшихся в СССР накануне и во время Второй мировой войны и состоявших на вооружении Красной армии, представлены проекты самолетов (в том числе двухбалочных и двухфюзеляжных «бесхвосток» и «летающих крыльев»), самолетов-снарядов, составных самолетов, вертолетов, автожиров, планеров, конвертоплан...
«Ночные охотники» городских улиц. Вампиры и оборотни, колдуньи и ведьмаки. Те, что живут в часы, когда опускается на землю мгла. Те, что веками противостоят силам белых магов. Потому что понимают – равновесие должно быть соблюдено. Потому что понимают – Тьма для этого мира не менее важна, чем Свет.
Если ты сирота с богатым приданым, жди от родственников проблем!

Бель – всего пятнадцать, и ее магия пока не проснулась. В приданом значится «трон Драконьей Империи, одна штука», а в опекунах – регент, дядюшка Гвидо Фирданн, в планы которого вовсе не входит делать из сиротки правящую императрицу. А вот поскорее выдать ее за своего сына...

объявления

Алкадиены. Каучук

[Химия] - скачать

Витамин В

[Химия] - скачать

Школьные олимпиады

[Педагогика] - скачать

Вычисление элементарных функций

[Радиоэлектроника] - скачать

Анализ и технологическая оценка химического производства

[Химия] - скачать