Ақпарат

Биологиядағы материя және энергия# - Биология

Биологиядағы материя және энергия# - Биология


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Материя және энергия

Материя және энергия ұғымдары барлық ғылыми пәндер үшін маңызды. Энергия ұғымын алайық.термині қолданыладыкүнделікті өмірде әртүрлі контексттерде:

  • «Ертең диванды жылжыта аламыз ба? Менде жоқ энергия.”
  • «Әй досым! Жарықты өшіріңіз. сақтауымыз керек энергия.”
  • «Бұл тамаша энергия ішу».

Кейбір жаратылыстану сабақтарында студенттерге энергияның әртүрлі формада (яғни кинетикалық, жылулық,электрлік,потенциал және т.б.). Бұл кейде энергияның не екенін түсінуді қиындатады.Энергия түсінігі де байланыстыкөптеген теңдеулермен, әрқайсысында әртүрлі айнымалылар бар, бірақ бәрібір жұмыс бірліктерімен аяқталатын сияқты. Күте тұр! Жұмыс? Мен энергия туралы айтып жатырмыз деп ойладым ба?!

Барлық әртүрлі контексттерді және кейде бір-біріне қарама-қайшы болып көрінетін өңдеулер мен анықтамаларды ескере отырып, бұл тақырыптардың көптеген студенттер үшін неге қиын болып көрінетінін және кейде оларды осы идеяларды көп пайдаланатын тақырыптардан және тіпті өрістерден өшіріп тастайтынын түсіну оңай. Зат пен энергия ұғымдары көбінесе химия және физикамен байланысты болғанымен, олар биологиядағы орталық идеялар болып табылады және біз BIS2A-да мұны жасырмаймыз. Осыған байланысты біздің оқу мақсаттарымыз студенттерге осындай негізді дамытуға көмектесу болып табыладыКөмектесіңдеролар материя және энергия ұғымдарын мына мақсатта пайдаланады:

  • биологиялық реакциялар мен трансформацияларды сәтті сипаттау;
  • материя мен энергияны анық қамтитын биологиядағы «заттардың қалай жұмыс істейтіні» туралы модельдер мен гипотезаларды жасау және;
  • ғылыми тұрғыдан дұрыс болуы және бұл идеяларды жаңа мәселелерге көшіруСонымен қатарбасқа пәндер.

Бар болуы мүмкінбірнешеBIS2A жүйесінде үйрену және пайдалану үшін энергияға қатысты теңдеулер, курстың басты назары энергия мен зат ұғымдарын сенімді дамытуға және оларды биологиялық құбылыстарды түсіндіруде пайдалануға болады.

Оқуға мотивациятуралыМатерия және энергия

Материя мен энергия туралы талқылау кейбір BIS2A студенттерін аздап үрейлендіреді.Қалай болғанда да, бұл тақырыптар химия немесе физикаға тиесілі емес пе? Алайда, заттың түрленуі мен энергияның ауысуы химиктер мен физиктерге, тіпті ғалымдар мен инженерлерге арналған құбылыс емес. Материяның түрленуі мен энергияның берілуін түсіну, тұжырымдамалау және кейбір негізгі есептерді орындау кәсіпке немесе академиялық дайындыққа қарамастан негізгі дағдылар болып табылады. Ғалымға суретшіге қарағанда бұл өзгерістерді қатаң әрі жүйелі сипаттау қажет болуы мүмкін, бірақ екеуі де бұл дағдыларды жеке және кәсіби өмірінің әртүрлі кезеңдерінде пайдаланады. Келесі мысалдарды алайық:

1-мысал: Жаһандық жылыну кезіндегі материя және энергияның өзгеруі

Бір сәт бәрімізге әсер ететін тақырыпты, жаһандық жылынуды қарастырайық. Оның негізінде салыстырмалы түрде қарапайым модель жатырнегізделгенКүн радиациясындағы энергия туралы, бұл энергияны жердегі затпен тасымалдау және Жер атмосферасындағы негізгі көміртегі бар газдардың рөлі мен айналымы туралы біздің түсінігіміз туралы. Қарапайым тілмен айтқанда, күн энергиясы жерге түсіп, энергияны оның бетіне тасымалдап, оны қыздырады. Бұл энергияның бір бөлігі қайтадан ғарышқа ауысады. Дегенмен, көмірқышқыл газының (және басқа парниктік газдар деп аталатын) концентрациясына байланысты бұл энергияның әртүрлі мөлшері Жер атмосферасында «тұтылып қалуы» мүмкін. Тым аз көмірқышқыл газы және салыстырмалы түрде аз энергия/жылуқамалған- Жер қатып, өмір сүруге қолайсыз болады.Тым көп көмірқышқыл газы және тым көп жылу ұсталады- Жер қатты қызып, өмір сүруге қолайсыз болады. Демек, атмосферадағы көмірқышқыл газының деңгейіне әсер ететін механизмдерді (биологиялық немесе басқа) жаһандық жылыну тарихында ескеру маңызды болуы мүмкін және жаһандық жылыну құбылыстары туралы жақсы түсінікті дамыту үшін оның пайда болуын қадағалау қажет. көміртегі мен оттегінің (заттың) әртүрлі формалары мен энергияның механизмдері арқылы ағыныаударыладыжүйенің әртүрлі құрамдас бөліктеріне және одан.

2-мысал: Бұлшық еттердің жиырылуы

Енді жеке мысалды қарастырайық, қолдың ұзартылған позициядан басталып, бүгілген күйде аяқталуы. Көптеген процестер сияқты бұл да мүмкінсипатталадыжәне егжей-тегжейдің әртүрлі деңгейлерінде түсініледі: жүйенің анатомиялық тұрғыдантұрадыбұлшықеттер, тері және сүйектер жүйенің молекулалық көзқарасына қарайқұрастырылғанөзара әрекеттесетін жеке биомолекулалар. Кез келген егжей-тегжейлі деңгейде, егер біз осы процесті сипаттайтын оқиғаны жасағымыз келсе, біз мынаны білеміз: (a) сипаттамада жүйедегі материяға не болғанын есепке алу керек (бұл молекулалардың орнындағы өзгерістерді қамтиды). қолдың әртүрлі бөліктерін жоғары көтеріңіз және оны жылжыту үшін жанармай «жанды» және (б) жанармайөртеніп кеттіқозғалысты бастау үшін, сондықтан процестің кез келген сипаттамасында бухгалтерлік өзгерістерді де қамтуы керекжүйенің энергиясы. Қарапайым тілмен айтқанда, бұл жай ғана, егер сіз бірдеңе болған процесті сипаттағыңыз келсе, жүйедегі «заттармен» не болғанын және процесті жүзеге асыру үшін жүйедегі энергиямен не болғанын сипаттау керек.

Біз BIS2A-да зат пен энергияның тасымалдануының барлық мысалдарын қамту мүмкін емес. Бірақ біз бұл мәселелерді жиі зерттеп, табиғатта болып жатқан өзгерістерді сипаттауға машықтанамыз, ол өзгерген кезде жүйедегі материя мен энергиямен не болып жатқанына құрылымды және нақты назар аударамыз. Біз бұл жаттығуды биологиядағы әртүрлі құрылымдық деңгейлерде, молекулалық деңгейден (бір химиялық реакция сияқты) қоршаған ортадағы қоректік заттардың айналымы сияқты ауқымды және абстракцияланған модельдерге дейін орындаймыз. Біз бұл дағдыны «Энергия тарихы» деп аталатын педагогикалық құралды қолдану арқылы жүзеге асырамыз. Дайын болыңызқатысу!


Биология 521

**Пернетақтада ctrl пернесін басып тұрып, оларды шертсеңіз, ескертпелердегі көк түсті кез келген атаулар анимацияға сілтеме жасайды.

Сондай-ақ, сіз биология курсының келесі бейнелерін көре аласыз:
**Бұл бейнелер бізге сабақта қажет болмайтын мәліметтерді қамтиды, бірақ өте мазмұнды.

Crash курсы биология – мембраналар және көлік
*Бұл бейнеде сәйкес мысалдар болмауы мүмкін екенін ескеріңіз, бірақ ақпарат жақсы*
– Жазбалардағы барлық ақпаратты қамтиды –

Аяқтау мерзімі келесідей:

  1. Сәрсенбі – Пассивті және белсенді көлік туралы ескертулерді оқыңыз (1 – 3 беттер)
  2. Бейсенбі – Ерітіндідегі ұяшықтар туралы ескертулерді оқыңыз (4-бет)
  3. Жұма – Шолу

3.1-бөлімдегі ескертпелерді немесе биология курсының апаттық бейнелерін қараңыз. ЕСКЕРТУ: Бұл бөлім үшін бейнелер егжей-тегжейлі және ескертулерге қарағанда орындау қиынырақ болуы мүмкін. Біз энергияны егжей-тегжейлі ала алмаймыз. Тақырыптардың үлкен болғаны сонша, Хэнк Грин ақпаратты 2 бейнеге бөлуге мәжбүр болды. Екеуі де өте қызықты болғанымен, сізге көп уақыт қажет болуы мүмкін.

Бұл ескертпелер ATP және ADP бөлімдерінің соңынан кейін аяқталмаған. Дүйсенбі күні осы жазбалардың 2-бетіне дейін талқылауға дайын болыңыз. Біз бұл ақпаратты дүйсенбіде де, сейсенбіде де тарататын шығармыз.

Crash курсы биология – Фотосинтез

Crash Course биология – ATP және жасушалық тыныс алу

Ертеңгі сабақ алдында төменде тізілген 2.1-бөлімдегі ескертпелерді немесе Crash Course Biology Video (сіздің қалауыңызға байланысты) қараңыз. Бұл макромолекулалар сабағына дайындалуға көмектеседі.

**Біз 2-тараудағы сынаққа дайын болған кезде ЕСКЕРТПЕЛЕР бойынша сыналатыныңызды есте сақтаңыз.

2-тарау Ескертпелер – (ескертпелердің PDF файлы)
*Бұл тек 2-тарауға арналған бастапқы ескерту екенін ескеріңіз (2.1-бөлім). Оларды басып шығармас бұрын күткіңіз келсе, әлі де көп болады.


Биологиядағы материя және энергия# - Биология

IV БӨЛІМ. ЭВОЛЮЦИЯ ЖӘНЕ ЭКОЛОГИЯ

15. Экожүйе динамикасы. Энергия және материя ағыны

15.3. Экожүйелер арқылы энергия ағыны

Ежелгі мысырлықтар пирамидалар деп атайтын күрделі қабірлер салған. Пирамиданың кең негізі жоғарғы жағындағы нүктеге дейін тарылатын құрылымның жоғарғы деңгейлерін қолдау үшін қажет. Мұндай қатынас экожүйелердің әртүрлі трофикалық деңгейлері үшін де бар. Биологтар бұл пирамида үлгісін экожүйелердің қалай ұйымдастырылатыны туралы ойлаудың тәсілі ретінде қабылдады. Көптеген экожүйелерде продуценттер көп, шөпқоректілер аз, ал етқоректілер әлі де азырақ. Бұл өте кең таралғандықтан, экологтар қарым-қатынасты түсіндірудің себептерін іздеді.

Экологиялық жүйелерді энергетикалық тұрғыдан қарастырғанда энергияның екі негізгі физикалық заңы маңызды. Термодинамиканың бірінші заңы энергияның жаратылмайтынын және жойылмайтынын айтады. Бұл дегеніміз, біз әрбір трофикалық деңгейдегі энергия мөлшерін сипаттай алуымыз керек және ол келесі трофикалық деңгейлер арқылы ағып жатқанда энергияны қадағалай аламыз. Термодинамиканың екінші заңы: энергия бір түрден екінші түрге ауысқанда энергияның бір бөлігі қоршаған ортаға жылу түрінде өтеді. Бұл дегеніміз, энергия бір трофикалық деңгейден келесі деңгейге өткенде тірі организмдердегі энергия мөлшерінің азаюы және оларды қоршаған ортадағы жылу мөлшерінің жоғарылауы байқалады (15.4-сурет).

15.4 СУРЕТ. Энергетикалық және трофикалық деңгейлер

Продуценттік трофикалық деңгейде энергия мен заттың ең көп мөлшері бар. Әрбір келесі трофикалық деңгейде энергия мен зат аз болады.

Кез келген энергияны түрлендіретін машинаны ойлап көріңіз, белгілі бір энергия мөлшері машинаға түседі және белгілі бір жұмыс көлемі орындалады. Дегенмен, ол сонымен қатар көп жылу энергиясын шығарады. Мысалы, автомобиль қозғалтқышында өндірілген жылу энергиясынан құтылу үшін салқындату жүйесі болуы керек. Сол сияқты электр энергиясы жарық шығару үшін қыздыру шамында пайдаланылады, бірақ шам сонымен қатар үлкен мөлшерде жылу шығарады. Тірі жүйелер біршама өзгеше болғанымен, олар бірдей энергетикалық ережелерді сақтайды.

Экожүйедегі энергияны бірнеше жолмен өлшеуге болады. Бір қарапайым әдіс - кез келген трофикалық деңгейде бар барлық ағзаларды жинап, оларды өртеу. Мысалы, шағын алқаптағы барлық өсімдіктерді (продуценттік трофикалық деңгей) жинап, өртеуге болады. Жану нәтижесінде пайда болатын жылудың калория саны жиналған органикалық материалдың энергия мазмұнына тең. Сол сияқты, екінші трофикалық деңгейдегі барлық шөпқоректілерді жинап, өртеуге болады. Содан кейін сіз продуценттер мен шөпқоректілер шығаратын жылу мөлшерін салыстыра аласыз және продуценттен шөпқоректілердің трофикалық деңгейіне өткенде қанша энергия жоғалатыны туралы түсінік ала аласыз.

Бар энергияны анықтаудың тағы бір тәсілі - продуценттер тобының фотосинтезі мен тыныс алу жылдамдығын өлшеу. Тыныс алу мен фотосинтез жылдамдығының айырмашылығы - өсімдіктердің тірі материалында ұсталатын энергия мөлшері.

Экожүйелердің алуан түрлілігін зерттеген кезде продуценттік трофикалық деңгейдің энергиясы ең көп, шөпқоректілердің трофикалық деңгейі аз, ал етқоректілердің трофикалық деңгейі ең аз екенін көреміз. Жалпы алғанда, бір трофикалық деңгейден келесі жоғары деңгейге энергияның шамамен 90% жоғалуы бар. Нақты өлшемдер бір экожүйеден екіншісіне өзгереді. Кейбіреулер 99% жоғалтуы мүмкін, ал басқа тиімдірек жүйелер тек 70% жоғалтуы мүмкін, бірақ 90% - бұл жақсы ереже. Екінші және одан кейінгі трофикалық деңгейлердегі энергия мазмұнының бұл жоғалуы, ең алдымен, термодинамиканың екінші заңына байланысты. (Энергия бір түрден екінші түрге ауысқанда, энергияның бір бөлігі қоршаған ортаға жылу ретінде жоғалады.)

Термодинамиканың екінші заңының нәтижесінде энергияның жоғалуынан басқа, шөпқоректілер мен етқоректілердің қоректік материалды ұстау және өңдеу кезінде қосымша шығын бар. Шөпқоректілерге қорегін қуудың қажеті болмаса да, олар азық-түлік бар жерге баруы керек, содан кейін оны жинап, шайнап, қорытып, метаболизденуі керек (15.5-сурет). Бұл процестердің барлығы энергияны қажет етеді. Шөпқоректілердің трофикалық деңгейінің энергия мазмұнының 90% жоғалуы сияқты, біріншілік етқоректілердің, екінші және үшінші етқоректілердің жоғары трофикалық деңгейлері де оларға қолжетімді энергияның 90% төмендеуін бастан кешіреді. 15.6-суретте экожүйе арқылы энергия ағыны көрсетілген.

15.5 СУРЕТ. Шөпқоректі жануарлардағы энергияның жоғалуы

Жәндік қуат алу үшін өсімдікті жегенде, жәндіктердің аз ғана бөлігі іс жүзінде жаңа биологиялық ұлпаға айналады.

15.6 СУРЕТ. Экожүйе арқылы энергия ағыны

Күннен келетін энергияны фотосинтезді жүзеге асыратын организмдер алады. Бұл бірінші трофикалық деңгейдегі өндірушілер. Энергия бір трофикалық деңгейден келесі деңгейге өткенде оның шамамен 90% жоғалады. Бұл өндіруші деңгейіндегі энергия мөлшері шөпқоректілер деңгейіндегі энергия мөлшерінен 10 есе көп болуы керек дегенді білдіреді. Сайып келгенде, организмдер пайдаланатын барлық энергия жылу ретінде қоршаған ортаға бөлінеді.

Экожүйенің кез келген бір трофикалық деңгейіндегі энергия мөлшерін өлшеу қиын болғандықтан, ғалымдар трофикалық деңгейлерді сандық анықтау үшін жиі басқа әдістерді пайдаланады. Бір әдіс - әр трофикалық деңгейдегі организмдердің санын санау. Бұл әдетте сандар пирамидасы деп аталатын бірдей пирамидалық қатынасты береді (15.7-сурет). Бұл әртүрлі трофикалық деңгейлердегі ағзалардың өлшемдері әр түрлі болса, қолдану өте жақсы әдіс емес. Мысалы, егер сіз бір үлкен ағаштың жапырақтарымен қоректенетін барлық кішкентай жәндіктерді санасаңыз, сіз шын мәнінде төңкерілген пирамиданы аласыз.

15.7 СУРЕТ. Сандар пирамидасы

Экожүйедегі әртүрлі трофикалық деңгейлерді анықтаудың ең оңай тәсілдерінің бірі - экожүйенің шағын бөлігіндегі особьтардың санын санау. Барлық организмдердің өлшемдері бірдей және шамамен бірдей уақыт өмір сүретін болса, бұл әдіс трофикалық деңгейлердің өзара байланысы туралы жақсы сурет береді. а) Мұхиттағы фотосинтетикалық планктондар, оларды жейтін шөпқоректілер және шөпқоректілерді жейтін жыртқыштар арасындағы қарым-қатынас жақсы мысал болып табылады. Алайда, егер бір трофикалық деңгейдегі организмдер басқа деңгейлерге қарағанда әлдеқайда үлкен болса немесе әлдеқайда ұзақ өмір сүрсе, қарым-қатынас суреті бұрмалануы мүмкін. ә) Бұл орман ағаштары мен олармен қоректенетін жәндіктер арасындағы қатынас. Бұл сандар пирамидасы төңкерілген.

Ағзаларды жай ғана санауға байланысты кейбір мәселелерді шешудің бір жолы - әрбір трофикалық деңгейде биомассаны өлшеу. Биомасса - тірі заттың мөлшері, ол әдетте барлық организмдерді бір трофикалық деңгейде жинау және олардың құрғақ салмағын өлшеу арқылы анықталады. Бұл сандар пирамидасымен байланысты өлшем-айырмашылық мәселесін жояды, себебі әрбір трофикалық деңгейдегі барлық организмдер біріктіріліп, өлшенеді. Биомасса пирамидасы сонымен қатар әрбір трофикалық деңгейде әдеттегі 90% жоғалтуды көрсетеді.

Кейбір экожүйелерді өлшеуде биомасса пирамидасы сандар пирамидасынан жақсырақ болғанымен, оның кейбір кемшіліктері бар. Кейбір организмдер биомассаны ұзақ уақыт бойы жинақтауға бейім, ал басқалары жоқ. Көптеген ағаштар жүздеген жылдар бойы өмір сүреді, олардың негізгі тұтынушылары, жәндіктер, әдетте 1 жыл ғана өмір сүреді. Сол сияқты, кит ұзақ өмір сүретін жануар, ал оның қоректік организмдері салыстырмалы түрде қысқа өмір сүреді. 15.8-суретте биомассаның екі пирамидасы көрсетілген.

15.8 СУРЕТ. Биомасса пирамидасы

Биомасса экожүйенің кішкене бөлігіндегі барлық организмдерді жинау және өлшеу арқылы анықталады. (а) Трофикалық деңгейлерді сандық анықтаудың бұл әдісі әртүрлі трофикалық деңгейлердегі әртүрлі өлшемді организмдер мәселесін жояды. Алайда, егер организмдердің өмір сүру ұзақтығы әр түрлі болса, ол әрқашан трофикалық деңгейлер арасындағы қарым-қатынастың нақты бейнесін бере бермейді. (b) Мысалы, су экожүйелерінде көптеген ұсақ өндірушілер күніне бірнеше рет бөлінеді. Олармен қоректенетін кішкентай жануарлар (зоопланктон) әлдеқайда ұзағырақ өмір сүреді және уақыт өте келе биомасса жинақтауға бейім. Бір жасушалы балдырлар тірі материалды әлдеқайда көп шығарады, бірақ олар өндірілгендей тез жейді, сондықтан үлкен биомасса жинамайды.

7. Термодинамиканың екінші бастамасы қандай? Неліктен экожүйелердегі энергетикалық қатынастарды түсіну маңызды?

8. Неліктен шөпқоректілердің трофикалық деңгейінің биомассасы жыртқыштардың трофикалық деңгейінің биомассасынан үлкен?

9. Экожүйедегі ағзалар арасындағы қарым-қатынастарды сипаттау үшін төмендегілердің әрқайсысын пайдаланудың артықшылығы мен кемшілігін көрсетіңіз: энергия пирамидасы, биомасса пирамидасы және сандар пирамидасы.

Егер сіз біздің сайттағы кез келген материалдың авторлық құқығының иесі болсаңыз және оны жойғыңыз келсе, мақұлдау үшін сайт әкімшісіне хабарласыңыз.


Биология 171

Осы бөлімнің соңында сіз келесі әрекеттерді орындай аласыз:

Термодинамика физикалық заттың қатысуымен энергия мен энергияның берілуін зерттейді. Энергияны тасымалдаудың белгілі бір жағдайына қатысты материя және оның қоршаған ортасы жүйе ретінде жіктеледі, ал бұл жүйеден тыс барлық нәрсе қоршаған орта болып табылады. Мысалы, пеште су құйылған кәстрөлді қыздырғанда, жүйе пешті, қазанды және суды қамтиды. Жүйе ішіндегі энергияның тасымалдануы (пеш, кастрюль және су арасында). Жүйелердің екі түрі бар: ашық және жабық. Ашық жүйе - бұл жүйе мен оның айналасы арасында энергия тасымалдана алатын жүйе. Пеш жүйесі ашық, себебі ол ауаға жылу жоғалтуы мүмкін. Жабық жүйе - бұл энергияны қоршаған ортаға тасымалдай алмайтын жүйе.

Биологиялық организмдер ашық жүйелер. Олар және қоршаған орта арасында энергия алмасу жүреді, өйткені олар энергия жинақтаушы молекулаларды тұтынады және жұмыс істеу арқылы қоршаған ортаға энергияны шығарады. Физикалық дүниедегі барлық заттар сияқты энергия да физика заңдарына бағынады. Термодинамика заңдары энергияның ғаламдағы барлық жүйелерде және олардың арасында тасымалдануын реттейді.

Термодинамиканың бірінші заңы

Термодинамиканың бірінші заңы ғаламдағы энергияның жалпы мөлшерін қарастырады. Бұл энергияның жалпы мөлшері тұрақты екенін айтады. Басқаша айтқанда, ғаламда әрқашан бірдей энергия мөлшері болған және әрқашан болады. Энергия әртүрлі формаларда болады. Термодинамиканың бірінші заңы бойынша энергия бір жерден екінші жерге ауысуы немесе әртүрлі формаларға айналуы мүмкін, бірақ оны жасау немесе жою мүмкін емес. Энергияның ауысуы мен түрленуі біздің айналамызда үнемі жүреді. Шамдар электр энергиясын жарық энергиясына айналдырады. Газ плиталары химиялық энергияны табиғи газдан жылу энергиясына айналдырады. Өсімдіктер жердегі ең биологиялық пайдалы энергия түрлендірулерінің бірін жүзеге асырады: күн сәулесінің энергиясын органикалық молекулаларда сақталған химиялық энергияға түрлендіру (Шолу). (Сурет) энергия түрлендірулерінің мысалдарын көрсетеді.

Барлық тірі ағзалардың міндеті - қоршаған ортадан энергияны тасымалдау немесе жұмыс істеуге жарамды энергияға айналдыру үшін алу. Тірі жасушалар бұл тапсырманы өте жақсы орындау үшін дамыды. Қанттар мен майлар сияқты органикалық молекулаларда сақталған химиялық энергия жасушалық химиялық реакциялар тізбегі арқылы ATP молекулаларының ішіндегі энергияға айналады. ATP молекулаларындағы энергия жұмыс істеу үшін оңай қол жетімді. Жасушаларға қажет жұмыс түрлерінің мысалдарына күрделі молекулаларды құру, материалдарды тасымалдау, кірпікшелердің немесе жгутиканың соғу қозғалысын қуаттандыру, қозғалыс жасау үшін бұлшықет талшықтарының жиырылуы және көбею жатады.


Термодинамиканың екінші заңы

Тірі жасушаның жұмыс істеу үшін энергия алу, түрлендіру және пайдалану сияқты негізгі міндеттері қарапайым болып көрінуі мүмкін. Дегенмен, термодинамиканың екінші заңы бұл тапсырмалардың неге көрінгеннен қиынырақ екенін түсіндіреді. Біз талқылаған энергия тасымалдауларының ешқайсысы ғаламдағы барлық энергия тасымалдауларымен және түрлендірулерімен бірге толығымен тиімді емес. Әрбір энергия тасымалдауында энергияның белгілі бір мөлшері жарамсыз күйде жоғалады. Көп жағдайда бұл форма жылу энергиясы болып табылады. Термодинамикалық тұрғыдан ғалымдар жылу энергиясын бір жүйеден екінші жүйеге жұмыс істемейтін энергия ретінде анықтайды. Мысалы, ұшақ ауа арқылы ұшқанда, қоршаған ауамен үйкеліс әсерінен энергиясының бір бөлігін жылу энергиясы ретінде жоғалтады. Бұл үйкеліс ауа молекуласының жылдамдығын уақытша арттыру арқылы ауаны қыздырады. Сол сияқты жасушалық зат алмасу реакциялары кезінде энергияның бір бөлігі жылу энергиясы ретінде жоғалады. Бұл біз сияқты жылы қанды тіршілік иелері үшін жақсы, өйткені жылу энергиясы дене температурасын сақтауға көмектеседі. Қатаң айтқанда, энергияны берудің ешқайсысы толығымен тиімді емес, өйткені энергияның бір бөлігі жарамсыз күйде жоғалады.

Физикалық жүйелердегі маңызды түсінік тәртіп пен тәртіпсіздік (немесе кездейсоқтық) болып табылады. Жүйе қоршаған ортаға неғұрлым көп энергия жоғалтса, жүйе соғұрлым аз реттелген және кездейсоқ болады. Ғалымдар жүйедегі кездейсоқтық немесе тәртіпсіздік өлшемін энтропия деп атайды. Жоғары энтропия жоғары тәртіпсіздікті және төмен энергияны білдіреді ((сурет)). Энтропияны жақсырақ түсіну үшін студенттің жатын бөлмесін елестетіңіз. Егер оған ешқандай күш немесе жұмыс жұмсалмаса, бөлме тез ластанатын. Ол өте ретсіз күйде, жоғары энтропияда болады. Бөлмені тазалық пен тәртіпке қайтару үшін жүйеге энергияны студент жұмыс істеп, бәрін тастап жіберуі керек. Бұл күй төмен энтропияға жатады. Сол сияқты, көлікті немесе үйді реттелген күйде ұстау үшін оны үнемі жұмыспен ұстау керек. Жалғыз қалғанда, үйдің немесе көліктің энтропиясы тот және деградация арқылы біртіндеп артады. Молекулалар мен химиялық реакциялар да әртүрлі энтропияға ие. Мысалы, химиялық реакциялар тепе-теңдік күйге жеткенде энтропия артады, ал жоғары концентрациядағы молекулалар бір жерде диффузияланып, жайылған сайын энтропия да артады.

Энергияның тасымалдануы және нәтижесінде пайда болатын энтропия Энергияның қалай тасымалданатынын және энтропияның өзгеруі қалай нәтиже беретінін түсіну үшін қарапайым тәжірибені орнатыңыз.

  1. Бір кесек мұз алыңыз. Бұл қатты күйдегі су, сондықтан оның құрылымдық тәртібі жоғары. Бұл молекулалардың өте көп қозғала алмайтынын және тұрақты күйде екенін білдіреді. Мұздың температурасы 0°C. Нәтижесінде жүйенің энтропиясы төмен.
  2. Мұзды бөлме температурасында ерітуге рұқсат етіңіз. Қазір сұйық судағы молекулалардың күйі қандай? Энергия алмасу қалай жүзеге асты? Жүйенің энтропиясы жоғары ма, әлде төмен ме? Неліктен?
  3. Суды қайнау температурасына дейін қыздырыңыз. Суды қыздырған кезде жүйенің энтропиясы не болады?

Барлық физикалық жүйелерді осылай ойлап көріңіз: Тірі заттар өте реттелген, олар төмен энтропия жағдайында өзін ұстау үшін тұрақты энергияны қажет етеді. Тірі жүйелер энергия жинақтаушы молекулаларды қабылдап, оларды химиялық реакциялар арқылы түрлендіргенде, олар процесте пайдалы энергияның біраз мөлшерін жоғалтады, өйткені ешбір реакция толығымен тиімді емес. Олар сондай-ақ пайдалы энергия көзі болып табылмайтын қалдықтар мен жанама өнімдерді шығарады. Бұл процесс жүйенің айналасының энтропиясын арттырады. Барлық энергия тасымалдаулары кейбір пайдалануға болатын энергияны жоғалтуға әкелетіндіктен, термодинамиканың екінші заңы әрбір энергияның тасымалдануы немесе түрленуі ғаламның энтропиясын арттырады деп айтады. Тірі заттар жоғары реттелген және төмен энтропия күйін ұстанғанымен, әрбір орын алған энергия тасымалдануымен пайдалы энергияны жоғалтуға байланысты ғаламның жалпы энтропиясы үнемі өсіп отырады. Негізінде, тірі заттар әмбебап энтропияның осы тұрақты өсуіне қарсы үздіксіз күресте.


Бөлімнің қысқаша мазмұны

Энергияны зерттей отырып, ғалымдар «жүйе» терминін энергия тасымалдауға қатысатын зат пен оның қоршаған ортасына сілтеме жасау үшін пайдаланады. Жүйеден тыс барлық нәрсе - қоршаған орта. Бір клеткалар биологиялық жүйе болып табылады. Жүйелерді белгілі бір тәртіпке ие деп қарастыруға болады. Жүйені ретке келтіру үшін энергия қажет. Жүйе неғұрлым реттелген болса, оның энтропиясы соғұрлым төмен болады. Энтропия - жүйенің бұзылуының өлшемі. Жүйе тәртіпсіз болған сайын оның энергиясы азайып, энтропиясы соғұрлым жоғары болады.

Термодинамика заңдары энергияның берілу қасиеттері мен процестерін сипаттайтын заңдар тізбегі. Бірінші заң ғаламдағы энергияның жалпы мөлшері тұрақты екенін айтады. Бұл энергияны құру немесе жою мүмкін емес, тек тасымалданатын немесе түрленетінін білдіреді. Термодинамиканың екінші заңы әрбір энергияның тасымалдануы жылу энергиясы сияқты пайдалануға жарамсыз түрдегі энергияның белгілі бір жоғалуын қамтиды, нәтижесінде жүйе әлдеқайда ретсіз болады. Басқаша айтқанда, энергияны берудің ешқайсысы толығымен тиімді емес және барлық трансферттер тәртіпсіздікке бейім.

Еркін жауап

Құмырсқалар үлкен қауымдастықта өмір сүретін туннельдері мен құм арқылы өтетін жолдары бар күрделі құмырсқа фермасын елестетіп көріңіз. Енді елестетіп көріңізші, жер сілкініп, құмырсқа фермасын қиратты. Осы екі сценарийдің қайсысында жер сілкінісіне дейін немесе одан кейін құмырсқа фермасының жүйесі жоғары немесе төмен энтропия күйінде болды?

Құмырсқалар фермасы жер сілкінісіне дейін төмен энтропияға ие болды, өйткені бұл өте реттелген жүйе. Жер сілкінісінен кейін жүйе әлдеқайда тәртіпсіз болды және энтропия жоғары болды.

Күнделікті іс-әрекетте энергия алмасуы үнемі орын алады. Екі сценарийді ойлап көріңіз: пеште тамақ дайындау және көлік жүргізу. Термодинамиканың екінші заңы осы екі сценарийге қалай қолданылатынын түсіндіріңіз.

Пісіру кезінде тағам пеште қызады, бірақ жылудың барлығы тағамды дайындауға кетпейді, оның бір бөлігі жылу энергиясы ретінде қоршаған ауаға жоғалып, энтропияны арттырады. Көлік жүргізу кезінде автомобильдер қозғалтқышты іске қосу және көлікті жылжыту үшін бензин жағады. Бұл реакция толығымен тиімді емес, өйткені бұл процесс кезінде энергияның бір бөлігі жылу энергиясы ретінде жоғалады, сондықтан қозғалтқыш қосулы кезде сорғыш пен оның астындағы бөлшектер қызады. Сондай-ақ шиналар жабынмен үйкеліске байланысты қызады, бұл қосымша энергия жоғалту болып табылады. Бұл энергияның берілуі, басқалары сияқты, энтропияны да арттырады.

Глоссарий


Мазмұны

Басқа салалардан айырмашылығы, формальды ғылымдар нақты дүниедегі бақылауларға негізделген теориялардың дұрыстығына (эмпирикалық білім) емес, анықтамалар мен ережелерге негізделген формальды жүйелердің қасиеттерімен айналысады. Демек, формальды ғылымдардың шын мәнінде ғылымды құрайтыны туралы келіспеушіліктер бар. Ресми ғылымдардың әдістері, дегенмен, бақыланатын шындыққа қатысты ғылыми үлгілерді құру және сынау үшін өте маңызды [6] және формальды ғылымдардағы үлкен жетістіктер көбінесе эмпирикалық ғылымдардағы үлкен жетістіктерге мүмкіндік берді.

Логикалық өңдеу

Логика (грек тілінен: λογική , логика, 'ақыл-парасатқа ие, интеллектуалды, диалектикалық, аргументативті') [7] [8] [1-ескертпе] - қорытындының жарамды ережелерін, яғни бір ұсынысты (қорытынды) қабылдауға әкелетін қатынастарды жүйелі түрде зерттеу. басқа ұсыныстар (үй-жайлар) жиынтығының негізі. Кеңірек айтқанда, логика - дәлелдерді талдау және бағалау. [9]

Ол дәстүрлі түрде дәлелдерді классификациялауды, логикалық формалардың жүйелі экспозициясын, дедуктивті пайымдаудың негізділігі мен дұрыстығын, индуктивті пайымдаудың күшін, формальды дәлелдеуді және қорытындыны (соның ішінде парадокстар мен қателерді) және синтаксис пен семантиканы зерттеуді қамтиды.

Тарихи тұрғыдан логика философияда (ежелгі дәуірден бастап) және математикада (19 ғасырдың ортасынан бастап) зерттеледі. Жақында логика когнитивтік ғылымда зерттеле бастады, ол басқа пәндермен қатар информатика, лингвистика, философия және психологияны пайдаланады.

Математика өңдеу

Математика, кең мағынада, формальды ғылымның синонимі ғана, бірақ дәстүрлі математика нақтырақ айтқанда төрт саланың бірігуін білдіреді: арифметика, алгебра, геометрия және талдау, олар шамамен айтқанда, шаманы, құрылымды, кеңістікті және тиісінше өзгерту.

Статистиканы өңдеу

Статистика деректерді жинау, ұйымдастыру және түсіндіруді зерттеу болып табылады. [10] [11] Бұл сауалнамалар мен эксперименттерді жобалау тұрғысынан деректер жинауды жоспарлауды қоса алғанда, мұның барлық аспектілерімен айналысады. [10]

Статистик - бұл статистикалық талдауды сәтті қолдану үшін қажетті ойлау тәсілдерін жақсы білетін адам. Мұндай адамдар бұл тәжірибені кең көлемдегі кез келген салада жұмыс істеу арқылы жинаған. деп аталатын пән де бар математикалық статистика, ол пәннің теориялық негізіне қатысты.

Сөз статистика, ғылыми пәнге сілтеме жасағанда, «Статистика - өнер» дегендегідей дара болып табылады. [12] Мұны сөзбен шатастырмау керек статистика, деректер жиынтығынан есептелетін шамаға (мысалы, орташа немесе медиана) сілтеме, [13], оның көпше түрі статистика («бұл статистика дұрыс емес сияқты» немесе «бұл статистика жаңылыстырады»).

Жүйелер теориясы Өңдеу

Жүйелер теориясы зерттеулердің барлық салаларында жүйелердің барлық түрлеріне қолдануға болатын принциптерді түсіндіру үшін жалпы жүйелерді пәнаралық зерттеу болып табылады. Терминнің әлі қалыптасқан, нақты мағынасы жоқ, бірақ жүйелік теорияны жүйелі ойлаудың мамандануы және жүйелік ғылымның жалпылауы деп санауға болады. Бұл термин Берталанффидің жалпы жүйе теориясынан (GST) шыққан және Талкотт Парсонстың әрекет теориясы және Никлас Луманның социологиялық автопоэзи сияқты басқа салалардағы кейінгі күш-жігерде қолданылады.

Бұл контексте сөз жүйелер арнайы өзін-өзі реттейтін жүйелерге сілтеме жасау үшін қолданылады, яғни кері байланыс арқылы өзін-өзі түзетеді. Өзін-өзі реттейтін жүйелер табиғатта, соның ішінде біздің денеміздің физиологиялық жүйесінде, жергілікті және ғаламдық экожүйелерде, климатта кездеседі.

Шешім қабылдау теориясы Өңдеу

Шешім қабылдау теориясы (немесе таңдау теориясы таңдау теориясымен шатастырмау керек) – агент таңдауын зерттеу. [14] Шешім қабылдау теориясын екі тармаққа бөлуге болады: шешімдердің нәтижелерін талдайтын немесе шектеулер мен жорамалдар берілген оңтайлы шешімдерді анықтайтын нормативтік шешім теориясы және шешім қабылдаудың сипаттамалық теориясы. Қалай агенттер іс жүзінде өздері жасайтын шешімдерді қабылдайды.

Шешім қабылдау теориясы ойын теориясы саласымен тығыз байланысты [15] және экономистер, статистиктер, психологтар, биологтар, [16] саясаттанушы және басқа да қоғамтанушылар, философтар, [17] және компьютер ғалымдары зерттейтін пәнаралық тақырып.

Бұл бай теорияны эмпирикалық қолдану әдетте статистикалық және эконометриялық әдістердің көмегімен жүзеге асырылады.

Теориялық информатика Өңдеу

Теориялық информатика (TCS) – есептеудің көбірек математикалық тақырыптарына бағытталған және есептеу теориясын қамтитын жалпы информатика мен математиканың ішкі жиынтығы.

Теориялық салаларды нақты шектеу қиын. ACM-тің алгоритмдер және есептеу теориясы бойынша арнайы қызығушылық тобы (SIGACT) келесі сипаттаманы береді: [18]

Жаратылыстану Бақылау мен тәжірибеден алынған эмпирикалық дәлелдерге негізделген табиғат құбылыстарын сипаттауға, болжауға және түсінуге қатысты ғылым саласы. Ғылыми жетістіктердің дұрыстығын қамтамасыз етуге тырысу үшін өзара тексеру және нәтижелердің қайталануы сияқты механизмдер қолданылады.

Жаратылыстануды екі негізгі салаға бөлуге болады: өмір туралы ғылым және физика. Өмір туралы ғылым альтернативті түрде биология деп аталады, ал физика ғылымы салаларға бөлінеді: физика, химия, астрономия және жер туралы ғылым. Жаратылыстану ғылымының бұл салаларын одан әрі мамандандырылған салаларға бөлуге болады (ол салалар деп те аталады)

Физика ғылымы Өңдеу

Физика ғылымы тіршілік туралы ғылымдардан айырмашылығы, жансыз жүйелерді зерттейтін жаратылыстану салаларын қамтитын термин. Дегенмен, «физикалық» термині күтпеген, біршама ерікті айырмашылықты тудырады, өйткені физика ғылымының көптеген салалары биологиялық құбылыстарды да зерттейді. Физика ғылымы мен физиканың айырмашылығы бар.

Физика өңдеу

Физика (ежелгі грек тілінен: φύσις , романизацияланған: физ, жанды. «табиғат») материяны [2-ескертпе] және оның энергия мен күш сияқты байланысты ұғымдармен бірге кеңістіктегі қозғалысын зерттеуді қамтитын жаратылыстану ғылымы. [20] Кеңірек айтқанда, бұл ғаламның әрекетін түсіну үшін жүргізілетін табиғаттың жалпы талдауы. [21] [22] [3 ескертпе]

Физика - ең көне академиялық пәндердің бірі, мүмкін астрономияны қосу арқылы ең көне. [4-ескертпе] Соңғы екі мыңжылдықта физика химиямен, математиканың кейбір салаларымен және биологиямен бірге натурфилософияның бөлігі болды, бірақ 16 ғасырдағы ғылыми революция кезінде жаратылыстану ғылымдары өзіндік бірегей зерттеу бағдарламалары ретінде пайда болды. дұрыс. [5-ескертпе] Кейбір зерттеу бағыттары биофизика және кванттық химия сияқты пәнаралық болып табылады, бұл физиканың шекаралары қатаң анықталмағанын білдіреді. Он тоғызыншы және жиырмасыншы ғасырларда физика ғылым философиясының негізгі біріктіруші белгісі ретінде пайда болды, өйткені физика әрбір бақыланатын табиғи құбылысқа іргелі түсініктеме береді. Физикадағы жаңа идеялар көбінесе басқа ғылымдардың іргелі механизмдерін түсіндіреді, сонымен бірге математика мен философиядағы жаңа зерттеу бағыттарын ашады.

Химия редакциясы

Химия (сөздің этимологиясы көп талас тудырды) [6-ескертпе] - материя және оның өзгерістері туралы ғылым. Материя туралы ғылымды физика да қарастырады, бірақ физика жалпы және іргелі көзқарасты ұстанғанымен, химия материяның құрамына, мінез-құлқына (немесе реакциясына), құрылымына және қасиеттеріне, сондай-ақ өзгерістерге қатысты көбірек мамандандырылған. ол химиялық реакциялар кезінде өтеді. [23] [24] Бұл әртүрлі заттарды, атомдарды, молекулаларды және заттарды (әсіресе көміртегі негізінде) зерттейтін физика ғылымы. Мысал ретінде химияның ішкі пәндеріне мыналар жатады: биохимия, биологиялық организмдерде кездесетін заттарды зерттеу физикалық химия, термодинамика және кванттық механика және аналитикалық химия сияқты физикалық ұғымдарды қолдана отырып химиялық процестерді зерттеу, олардың түсінігін алу үшін материал үлгілерін талдау. химиялық құрамы мен құрылымы. Соңғы жылдары көптеген мамандандырылған пәндер пайда болды, мысалы. нейрохимия жүйке жүйесін химиялық зерттейтін ғылым.

Жер туралы ғылым Өңдеу

Жер туралы ғылым (сонымен қатар белгілі геоғылым, геоғылымдар немесе Жер туралы ғылымдар) — Жер планетасына қатысты ғылымдардың барлығын қамтитын термин. [25] Бұл планетарлық ғылымдағы ерекше жағдай, мүмкін, Жер белгілі өмір беретін жалғыз планета. Жер туралы ғылымдарға редукционистік және тұтас көзқарастар бар. The formal discipline of Earth sciences may include the study of the atmosphere, hydrosphere, lithosphere, and biosphere, as well as the solid earth. Typically Earth scientists will use tools from physics, chemistry, biology, geography, chronology and mathematics to build a quantitative understanding of how the Earth system works, and how it evolved to its current state.

Geology Edit

Геология (from the Ancient Greek γῆ, ("earth") and -λoγία, -logia, ("study of", "discourse") [26] [27] ) is an Earth science concerned with the solid Earth, the rocks of which it is composed, and the processes by which they change over time. Geology can also include the study of the solid features of any terrestrial planet or natural satellite such as Mars or the Moon. Modern geology significantly overlaps all other Earth sciences, including hydrology and the atmospheric sciences, and so is treated as one major aspect of integrated Earth system science and planetary science.

Oceanography Edit

Oceanography, немесе marine science, is the branch of Earth science that studies the ocean. It covers a wide range of topics, including marine organisms and ecosystem dynamics ocean currents, waves, and geophysical fluid dynamics plate tectonics and the geology of the seafloor and fluxes of various chemical substances and physical properties within the ocean and across its boundaries. These diverse topics reflect multiple disciplines that oceanographers blend to further knowledge of the world ocean and understanding of processes within it: biology, chemistry, geology, meteorology, and physics as well as geography.

Метеорологияны өңдеу

Метеорология is the interdisciplinary scientific study of the atmosphere. Studies in the field stretch back millennia, though significant progress in meteorology did not occur until the 17th century. The 19th century saw breakthroughs occur after observing networks developed across several countries. After the development of the computer in the latter half of the 20th century, breakthroughs in weather forecasting were achieved.

Space Science or Astronomy Edit

Space science, немесе астрономия, is the study of everything in outer space. [28] This has sometimes been called astronomy, but recently astronomy has come to be regarded as a division of broader space science, which has grown to include other related fields, [29] such as studying issues related to space travel and space exploration (including space medicine), space archaeology [30] and science performed in outer space (see space research).

Life science Edit

Life science, ретінде де белгілі биология, is the natural science that studies life such as microorganisms, plants, and animals including human beings, – including their physical structure, chemical processes, molecular interactions, physiological mechanisms, development, and evolution. [31] Despite the complexity of the science, certain unifying concepts consolidate it into a single, coherent field. Biology recognizes the cell as the basic unit of life, genes as the basic unit of heredity, and evolution as the engine that propels the creation and extinction of species. Living organisms are open systems that survive by transforming energy and decreasing their local entropy [32] to maintain a stable and vital condition defined as homeostasis. [33]

Biochemistry Edit

Биохимия, немесе biological chemistry, is the study of chemical processes within and relating to living organisms. [34] It is a sub-discipline of both biology and chemistry, and from a reductionist point of view it is fundamental in biology. Biochemistry is closely related to molecular biology, cell biology, genetics, and physiology.

Microbiology Edit

Микробиология is the study of microorganisms, those being unicellular (single cell), multicellular (cell colony), or acellular (lacking cells). Microbiology encompasses numerous sub-disciplines including virology, bacteriology, protistology, mycology, immunology and parasitology.

Botany Edit

Ботаника, деп те аталады plant science(s), plant biology немесе phytology, is the science of plant life and a branch of biology. Traditionally, botany has also included the study of fungi and algae by mycologists and phycologists respectively, with the study of these three groups of organisms remaining within the sphere of interest of the International Botanical Congress. Nowadays, botanists (in the strict sense) study approximately 410,000 species of land plants of which some 391,000 species are vascular plants (including approximately 369,000 species of flowering plants), [35] and approximately 20,000 are bryophytes. [36]

Zoology Edit

Zoology ( / z oʊ ˈ ɒ l ə dʒ i / ) [note 7] is the branch of biology that studies the animal kingdom, including the structure, embryology, evolution, classification, habits, and distribution of all animals, both living and extinct, and how they interact with their ecosystems. The term is derived from Ancient Greek ζῷον, zōion, i.e. "animal" and λόγος, logos, i.e. "knowledge, study". [37] Some branches of zoology include: anthrozoology, arachnology, archaeozoology, cetology, embryology, entomology, helminthology, herpetology, histology, ichthyology, malacology, mammalogy, morphology, nematology, ornithology, palaeozoology, pathology, primatology, protozoology, taxonomy, and zoogeography.

Экология редакциясы

Экология (from Greek: οἶκος , "house", or "environment" -λογία , "study of") [note 8] is a branch of biology [38] concerning interactions among organisms and their biophysical environment, which includes both biotic and abiotic components. Topics of interest include the biodiversity, distribution, biomass, and populations of organisms, as well as cooperation and competition within and between species. Ecosystems are dynamically interacting systems of organisms, the communities they make up, and the non-living components of their environment. Ecosystem processes, such as primary production, pedogenesis, nutrient cycling, and niche construction, regulate the flux of energy and matter through an environment. These processes are sustained by organisms with specific life history traits.

Social science is the branch of science devoted to the study of societies and the relationships among individuals within those societies. The term was formerly used to refer to the field of sociology, the original "science of society", established in the 19th century. In addition to sociology, it now encompasses a wide array of academic disciplines, including anthropology, archaeology, economics, human geography, linguistics, political science, and psychology.

Positivist social scientists use methods resembling those of the natural sciences as tools for understanding society, and so define science in its stricter modern sense. Interpretivist social scientists, by contrast, may use social critique or symbolic interpretation rather than constructing empirically falsifiable theories, and thus treat science in its broader sense. In modern academic practice, researchers are often eclectic, using multiple methodologies (for instance, by combining both quantitative and qualitative research). The term "social research" has also acquired a degree of autonomy as practitioners from various disciplines share in its aims and methods.

Applied science is the use of existing scientific knowledge to practical goals, like technology or inventions.

Within natural science, disciplines that are basic science develop basic ақпарат to explain and perhaps predict phenomena in the natural world. Applied science is the use of scientific processes and knowledge as the means to achieve a particularly practical or useful result. This includes a broad range of applied science-related fields, including engineering and medicine.

Applied science can also apply formal science, such as statistics and probability theory, as in epidemiology. Genetic epidemiology is an applied science applying both biological and statistical methods.

The relationships between the branches of science are summarized by the following table [39]


How Organisms Acquire Energy in a Food Web

All living things require energy in one form or another. Energy is used by most complex metabolic pathways (usually in the form of ATP), especially those responsible for building large molecules from smaller compounds. Living organisms would not be able to assemble macromolecules (proteins, lipids, nucleic acids, and complex carbohydrates) from their monomers without a constant energy input.

Food-web diagrams illustrate how energy flows directionally through ecosystems. They can also indicate how efficiently organisms acquire energy, use it, and how much remains for use by other organisms of the food web. Energy is acquired by living things in two ways: autotrophs harness light or chemical energy and heterotrophs acquire energy through the consumption and digestion of other living or previously living organisms.

Photosynthetic and chemosynthetic organisms are autotrophs , which are organisms capable of synthesizing their own food (more specifically, capable of using inorganic carbon as a carbon source). Photosynthetic autotrophs ( photoautotrophs ) use sunlight as an energy source, and chemosynthetic autotrophs ( chemoautotrophs ) use inorganic molecules as an energy source. Autotrophs are critical for most ecosystems: they are the producer trophic level. Without these organisms, energy would not be available to other living organisms, and life itself would not be possible.

Photoautotrophs, such as plants, algae, and photosynthetic bacteria, are the energy source for a majority of the world’s ecosystems. These ecosystems are often described by grazing and detrital food webs. Photoautotrophs harness the Sun’s solar energy by converting it to chemical energy in the form of ATP (and NADP). The energy stored in ATP is used to synthesize complex organic molecules, such as glucose. The rate at which photosynthetic producers incorporate energy from the Sun is called gross primary productivity . However, not all of the energy incorporated by producers is available to the other organisms in the food web because producers must also grow and reproduce, which consumes energy. Net primary productivity is the energy that remains in the producers after accounting for these organisms’ respiration and heat loss. The net productivity is then available to the primary consumers at the next trophic level.

Chemoautotrophs are primarily bacteria and archaea that are found in rare ecosystems where sunlight is not available, such as those associated with dark caves or hydrothermal vents at the bottom of the ocean ([Figure 6 ]). Many chemoautotrophs in hydrothermal vents use hydrogen sulfide (H2S), which is released from the vents as a source of chemical energy this allows them to synthesize complex organic molecules, such as glucose, for their own energy and, in turn, supplies energy to the rest of the ecosystem.

Figure 6: Swimming shrimp, a few squat lobsters, and hundreds of vent mussels are seen at a hydrothermal vent at the bottom of the ocean. As no sunlight penetrates to this depth, the ecosystem is supported by chemoautotrophic bacteria and organic material that sinks from the ocean’s surface. This picture was taken in 2006 at the submerged NW Eifuku volcano off the coast of Japan by the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). The summit of this highly active volcano lies 1535 m below the surface.


Ecological Pyramids

Ecological pyramids, which can be inverted or upright, depict biomass, energy, and the number of organisms in each trophic level.

Үйрену мақсаттары

Explain the shape and structure of the ecological pyramid

Негізгі қорытындылар

Негізгі нүктелер

  • Pyramids of numbers can be either upright or inverted, depending on the ecosystem.
  • Pyramids of biomass measure the amount of energy converted into living tissue at the different trophic levels.
  • The English Channel ecosystem exhibits an inverted biomass pyramid since the primary producers make up less biomass than the primary consumers.
  • Pyramid ecosystem modeling can also be used to show energy flow through the trophic levels pyramids of energy are always upright since energy decreases at each trophic level.
  • All types of ecological pyramids are useful for characterizing ecosystem structure however, in the study of energy flow through the ecosystem, pyramids of energy are the most consistent and representative models of ecosystem structure.

Негізгі шарттар

  • ecological pyramid: diagram that shows the relative amounts of energy or matter or numbers of organisms within each trophic level in a food chain or food web

Modeling ecosystems energy flow: ecological pyramids

The structure of ecosystems can be visualized with ecological pyramids, which were first described by the pioneering studies of Charles Elton in the 1920s. Ecological pyramids show the relative amounts of various parameters (such as number of organisms, energy, and biomass) across trophic levels. Ecological pyramids can also be called trophic pyramids or energy pyramids.

Pyramids of numbers can be either upright or inverted, depending on the ecosystem. A typical grassland during the summer has an upright shape since it has a base of many plants, with the numbers of organisms decreasing at each trophic level. However, during the summer in a temperate forest, the base of the pyramid consists of few trees compared with the number of primary consumers, mostly insects. Because trees are large, they have great photosynthetic capability and dominate other plants in this ecosystem to obtain sunlight. Even in smaller numbers, primary producers in forests are still capable of supporting other trophic levels.

Ecological pyramids: Ecological pyramids depict the (a) biomass, (b) number of organisms, and (c) energy in each trophic level.

Another way to visualize ecosystem structure is with pyramids of biomass. This pyramid measures the amount of energy converted into living tissue at the different trophic levels. Using the Silver Springs ecosystem example, this data exhibits an upright biomass pyramid, whereas the pyramid from the English Channel example is inverted. The plants (primary producers) of the Silver Springs ecosystem make up a large percentage of the biomass found there. However, the phytoplankton in the English Channel example make up less biomass than the primary consumers, the zooplankton. As with inverted pyramids of numbers, the inverted biomass pyramid is not due to a lack of productivity from the primary producers, but results from the high turnover rate of the phytoplankton. The phytoplankton are consumed rapidly by the primary consumers, which minimizes their biomass at any particular point in time. However, since phytoplankton reproduce quickly, they are able to support the rest of the ecosystem.

Pyramid ecosystem modeling can also be used to show energy flow through the trophic levels. Pyramids of energy are always upright, since energy is lost at each trophic level an ecosystem without sufficient primary productivity cannot be supported. All types of ecological pyramids are useful for characterizing ecosystem structure. However, in the study of energy flow through the ecosystem, pyramids of energy are the most consistent and representative models of ecosystem structure.


Click the button below to get instant access to these worksheets for use in the classroom or at a home.

Download This Worksheet

This download is exclusively for KidsKonnect Premium members!
To download this worksheet, click the button below to signup (it only takes a minute) and you'll be brought right back to this page to start the download!

Edit This Worksheet

Editing resources is available exclusively for KidsKonnect Premium members.
To edit this worksheet, click the button below to signup (it only takes a minute) and you'll be brought right back to this page to start editing!

This worksheet can be edited by Premium members using the free Google Slides online software. түймесін басыңыз Өңдеу button above to get started.

Download This Sample

This sample is exclusively for KidsKonnect members!
To download this worksheet, click the button below to signup for free (it only takes a minute) and you'll be brought right back to this page to start the download!

Matter is the substance of which all material is made. That means objects which have mass. Energy is used in science to describe how much potential a physical system has to change. In physics, energy is a property of matter. It can be transferred between objects, and converted in form. It cannot be created or destroyed.

See the fact file below for more information about matter and energy or alternatively you can download our comprehensive worksheet pack to utilise within the classroom or home environment

  • Everything in the Universe is made up of matter and energy.
  • Matter is anything that has mass and occupies space.
  • Matter describes the physical things around us: the earth, the air you breathe, your pencil. Matter is made up of particles called atoms and molecules. Atoms are particles of elements – substances that cannot be broken down further.
  • There are currently 109 known elements, but obviously there are more than 109 different substances in the universe. This is because atoms of elements can combine with one another to form compounds.
  • There are 4 fundamental states of matter: solid, liquid, gas and plasma.
  • Energy is the ability to cause change or do work.
  • Some forms of energy include light, heat, chemical, nuclear, electrical energy and mechanical energy.
  • There are two main types of energy: potential and kinetic. Potential energy is energy that is stored, while kinetic energy is energy in use.
  • In order for electrical energy to flow, it must follow a complete path through a circuit.
  • Dark matter refers to material that can’t be detected by their emitted radiation but whose presence can be inferred from gravitational effects on visible matter, like stars and galaxies. Dark energy, or negative energy, is the energy found in space.

For more information, visit A Level Chemistry.

Matter and Energy Worksheets

This bundle contains 11 ready-to-use Matter and Energy Worksheets that are perfect for students who want to learn more about Matter which is the substance of which all material is made. That means objects which have mass. Energy is used in science to describe how much potential a physical system has to change. In physics, energy is a property of matter.

Download includes the following worksheets:

  • Matter and Energy Facts
  • Matter and Energy True or False
  • Tweet Tweet
  • Word Jumble
  • State the State
  • Let’s Play Ball
  • Old to New
  • Dark Matter Fiction
  • Let There Be Light
  • Everyday Energy
  • Next Big Thing

Link/cite this page

If you reference any of the content on this page on your own website, please use the code below to cite this page as the original source.

Use With Any Curriculum

These worksheets have been specifically designed for use with any international curriculum. You can use these worksheets as-is, or edit them using Google Slides to make them more specific to your own student ability levels and curriculum standards.


Chapter 48 - Ecosystems and Human Interference

First Law of Thermodynamics: Energy can be changed from one form to another, but it cannot be created or destroyed. The total amount of energy and matter in the Universe remains constant, merely changing from one form to another. Energy is always conserved, it cannot be created or destroyed. (This is often called the Law of Conservation of Energy)

Second Law of Thermodynamics: in all energy exchanges, if no energy enters or leaves the system, the potential energy of an end state will be less than its starting state. This is called ENTROPY. Living things must add energy to their systems to maintain order and life.

Food Webs and Food Chains

Food webs illustrate how energy is transferred in an ecosystem.

Ecological Pyramids also illustrate relationships

Pyramids also illustrate the relative numbers of species.

In any system, there will be more individuals lower on a food chain. An ecosystem can only support a small number of top predators.


Matter and Energy in Biology# - Biology

Жануарлардың әртүрлілігінің веб-сайты
An extraordinary site from the University of Michigan

The Ocean Planet
An exhibition about our planet and its oceans, sponsored by NASA

Texas Parks and Wildlife
Extensive information about Texas wildlife and natural regions of the state.

Chapter 3
The Biosphere

In this chapter, students will will read about how the biologists called ecologists study the relationships among organisms in the living part of the Earth's environment, called the biosphere. You will also discover how energy and nutrients flow through the biosphere The links below lead to additional resources to help you with this chapter. Оларға жатады Hot Links to Web sites related to the topics in this chapter, the Take It to the Net activities referred to in your textbook, a Self-Test you can use to test your knowledge of this chapter, and Teaching Links that instructors may find useful for their students.

Hot Links Take it to the Net
Chapter Self-Test Teaching Links


What are Web Codes?
Web Codes for Chapter 3:
Active Art: The Water Cycle
Miller & Levine: Exploring Ecology from Space
SciLinks: Energy Pyramids
SciLinks: Cycles of Matter
Self-Test

Section 3-1: What Is Ecology?
To understand the various relationships within the biosphere, ecologists ask questions about events and organisms that range in complexity from a single individual to a population, community, ecosystem, or biome, or to the entire biosphere.
Scientists conduct modern ecological research according to three basic approaches: observing, experimenting, and modeling. All of these approaches rely on the application of scientific methods to guide ecological inquiry.


Section 3-2: Energy Flow
Sunlight is the main energy source for life on Earth. In a few ecosystems, some organisms rely on the energy stored in inorganic chemical compounds.
Energy flows through an ecosystem in one direction, from the sun or inorganic compounds to autotrophs (producers) and then to various heterotrophs (consumers).
Only about 10 percent of the energy available within one trophic level is transferred to organisms at the next trophic level.


Section 3-3: Cycles of Matter
Unlike the one-way flow of energy, matter is recycled within and between ecosystems.
Every living organism needs nutrients to build tissues and carry out essential life functions. Like water, nutrients are passed between organisms and the environment through biogeochemical cycles.


Бейнені қараңыз: потенциалдық энергия (Шілде 2022).


Пікірлер:

  1. Shayten

    Маман ретінде мен көмектесе аламын.

  2. Forrest

    Great message bravo)))

  3. Gagar

    бірінші - ең жақсы

  4. Zologis

    I think it has already been discussed, use the forum search.



Хабарлама жазыңыз