PPT Energy-1

Energy
Statement of inquiry:
Humans need to find sources of energy that do not cause harmful and irreversible changes to ecosystems and the environment.
Исследовательский вопрос:
Человечеству необходимо найти источники энергии, которые не приведут к вредным и необратимым последствиям экосистеме и окружающей среде.
Key concept: Change, Systems
Ключевой концепт: Изменения, Системы
Related concept: Energy
Предметные концепты: Энергия
Global context: Globalization and sustainability
Глобальный контекст: Глобализация и устойчивость

Energy:
Kinetic;
Heat.
Potential:
Adenosine triphosphate/ ATP;
Photosynthesis;
Chemosynthesis;
Cellular respiration:
Aerobic;
Anaerobic.
Organic molecules:
Carbohydrates.
Terminology

Научные основы. Термодинамические системы
Биологическая интерпретация:
Живые организмы (открытые системы) преобразовывают энергию от одного типа к другому (кинетическую и потенциальную), постоянно рассеивая часть в виде тепла. Без поступления энергии извне (окружающей среды) живые организмы подвергаются разрушению (энтропии) разложению (стремится к термодинамическому равновесию).
Открытая система – система, которая обменивается веществом и энергией с внешним по отношению к системе миром, в отличие от закрытых и изолированных систем, в которые и из которых ни вещество, ни энергия не могут войти или выйти. Примером открытой системы является живой организм.

WS Task 1
Сравните открытую и закрытую термодинамические системы

WS Task 1
Сравните открытую и закрытую термодинамические системы
Схожесть: в обоих системах происходит обмен энергией с окружающей средой
Отличие: в закрытой системе не происходит обмен материей с окружающей средой

Научные основы. Открытая система
Биологическая интерпретация:
Живые организмы (открытые системы) преобразовывают энергию от одного типа к другому (кинетическую и потенциальную), постоянно рассеивая часть в виде тепла. Без поступления энергии извне (окружающей среды) живые организмы подвергаются разрушению (энтропии) разложению (стремится к термодинамическому равновесию).
Примером открытой системы является живой организм. Живой организм являющийся изолированной системой представлен на изображении.
Сферический конь в вакууме
Одна лошадиная сила равна силе, изменяющей за одну секунду скорость на один метр в секунду абсолютно черного сферического коня в вакууме массой один килограмм и объемом один литр, хранящегося в палате мер и весов в Париже.

Первый закон термодинамики в основном утверждает, что энергия сохраняется; она не может быть ни создана, ни уничтожена, её просто можно преобразовать с одной формы на другую.
Второй закон термодинамики гласит, что «при любом обмене энергией, если энергия не входит в систему и не выходит из нее, потенциальная энергия состояния всегда будет меньше, чем энергия исходного состояния».
Это также обычно называют энтропией (энтропия – это мера беспорядка);
В процессе передачи энергии часть энергии рассеивается в виде тепла.
Биологическая интерпретация:
Живые организмы (открытые системы) преобразуют энергию из одной формы к другой (из кинетической в потенциальную), постоянно рассеивая часть в виде тепла. Без поступления энергии извне (окружающей среды) живые организмы подвергаются разрушению (энтропия) разложению (стремится к термодинамическому равновесию).
Научные основы. Законы термодинамики
открытая система
Энергия извне
Рассеивание в виде тепла

Потребности живых организмов
Потребности клеток:
Неорганические вещества:
Минеральные вещества (микро- макроэлементы)
Вода
Кислород
Органические вещества:
белки,
жиры,
углеводы
Выделение продуктов жизнедеятельности
Клетка – это структурно-функциональная элементарная единица строения и жизнедеятельности всех живых организмов.

Клетка как открытая система

WS Task 2
Объясните, почему живая клетка является открытой термодинамической системой

WS Task 2
Потому что, у клетки происходит обмен энергией (свет и АТФ) с окружающей средой, а также обмен материей (CO2, H2O, углеводы) с окружающей средой.
Объясните, почему живая клетка является открытой термодинамической системой

В растениях углеводы образуются из CO2 и H2O в процессе фотосинтеза, осуществляемой за счет солнечной энергии с участием зелёного пигмента растений – хлорофилла (в пластидах).
6СО2 +6Н2О ? С6Н12О6 + 6О2
Синтез углеводов в клетках

Фотосинтез и клеточное дыхание
Данные процессы происходят внутри клеток растений.
Формула фотосинтеза:
Формула дыхания:
6H2O + 6CO2 ? C6H12O6 + 6O2
Вода + углекислый газ + энергия ? углевод + кислород
C6H12O6 + 6O2?6H2O + 6CO2+АТФ
Углевод + кислород ? вода + углекислый газ + энергия

WS Task 3, 4
Укажите формулу фотосинтеза
Укажите формулу клеточного дыхания

WS Task 3, 4
Укажите формулу фотосинтеза
Укажите формулу клеточного дыхания
6H2O + 6CO2 ? C6H12O6 + 6O2
Вода + углекислый газ + энергия ? углевод + кислород
C6H12O6 + 6O2?6H2O + 6CO2+АТФ
Углевод + кислород ? вода + углекислый газ + энергия

Научные основы. Аденозинтрифосфат (АТФ)
У молекулы АТФ имеется две высокоэнергетические связи (30,5 кДЖ) между фосфатными группами и одна низкоэнергетическая связь (14,2 кДЖ) между рибозой и фосфатной группой.
АТФ=30,5+30,5+14,2=75,2 кДж
низкоэнергетическая
Высокоэнергетическая

WS Task 2
Подпишите части молекулы АТФ, типы связей, и количество энергии

WS Task 2
Подпишите части молекулы АТФ, типы связей, и количество энергии

Клеточное дыхание. Типы клеточного дыхания
Формула дыхания: C6H12O6 + 6O2?6H2O + 6CO2+38АТФ
глюкоза энергия
БРОЖЕНИЕ
Спиртовое: C6H12O6 ?2С2H5OН + 2CO2+2АТФ
У грибов глюкоза спирт энергия
Молочно-кислое: C6H12O6 ?2С3H6O3 + 2АТФ
У бактерий и животных глюкоза молочная кислота энергия