Какая масса глюкозы должна окислиться в организме

Установлено, что максимальная механическая работа, которая может быть совершена человеком в результате окисления 1 г глюкозы кислородом, равна 6,5 кДж (с учетом КПД живого организма). При этом выделяется теплота, равная 9,5 кДж. Какая масса глюкозы должна окислиться в организме, чтобы человек мог поднять груз массой m =15 кг на высоту h =2 м 10 раз и сколько при этом он потеряет энергии (рис. 1)?
Решение: Механическая работа по поднятию груза определяется формулой А =n*m*g*h, где n-число поднятий, g-ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с². Таким образом, А =2,94 кДж.
Следовательно, для совершения этой работы в организме окисляется в результате реакции
С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ =6СО₂ + 6Н₂О + 2800 кДж/моль
приблизительно 2,94 кДж/6,5 кДж/г ~0,5 г глюкозы и выделяется теплота Q -9,5 кДж/г*0,5 г =4,75 кДж.
В биологических системах теплота обычно отдается системой во внешнюю среду, а работа совершается системой за счет убыли внутренней энергии (рис.1). Поэтому первый закон термодинамики можно переписать в виде
-ΔU=- Q - A
и, следовательно, убыль внутренней энергии организма в результате окисления глюкозы составляет
ΔU= -4,75 кДж - 2,94 кДж = -7,7 кДж.
Разобранная задача показывает, что первый закон термодинамики применим не только к чисто химическим, но также и к биологическим системам!
С помощью достаточно несложных расчетов можно получить важные сведения о процессах обмена веществ и энергии в организмах. Интересно отметить, что из наблюдений таких процессов немецкий врач (не химик и не физик!) Ю. Майер впервые сформулировал 1-й закон тер-термодинамики (1840).
Ответ: 0,5 грамм; 7,7 кДж