Glossar
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Grösse |
Name |
Symbol |
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Konzentration (chemisch) |
Mol pro Liter |
mol/l |
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Konzentration (SI) |
Mol pro Kubikmeter |
mol/m3 |
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Frequenz |
Hertz |
Hz = 1/s |
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Kraft |
Newton |
N = m kg/s2 |
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Druck, mechan. Spannung |
Pascal |
Pa = N/m2 = kg/m s2 |
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Energie, Arbeit, Wärmemenge |
Joule |
J = N m = m2 kg/s2 |
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Spezifische Energie |
Joule pro Kilogramm |
J/kg = m2/s2 |
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Energiedichte |
Joule pro Kubikmeter |
J/m3 = kg/m s2 |
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Leistung |
Watt |
W = J/s = m2 kg/s3 |
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Molare Energie |
Joule pro Mol |
J/mol = m2 kg/s2 mol |
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Molare Entropie, molare Wärmekapazität |
Joule pro Mol Kelvin |
J/mol K = m2 kg/s2 K mol |
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Wärmeflussdichte |
Watt pro Quadratmeter |
W/m2 = kg/s3 |
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Wärmekapazität, Entropie |
Joule pro Kelvin |
J/K = m2 kg/s2 K |
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Spezifische Wärmekapazität, spezifische Entropie |
Joule pro Kilogramm Kelvin |
J/kg K = m2/s2 K |
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elektrische Ladung |
Coulomb |
C = s A |
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elektrische Spannung |
Volt |
V = W/A = m2 kg/s3 A |
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elektrischer Widerstand |
Ohm |
Ώ = V/A = m2 kg/s3 A2 |
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elektr. Leitwert |
Siemens |
S = 1/ Ώ =A/V = s3 A2/m2 kg |
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Radioaktivität |
Becquerel |
Bq = 1/s |
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Absorbierte (Strahlen-)Dosis |
Gray |
Gy = J/kg = m2/s2 |
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Absorbierte Dosisrate |
Gray pro Sekunde |
Gy/s = m2/s3 |
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Thermische Leitfähigkeit |
Watt pro Meter Kelvin |
W/m K = m kg/s3 K |
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Oberflächenspannung |
Newton pro Meter |
N/m = kg/s2 |
Adaptation: Die physische oder psychische vorübergehende oder dauernde Anpassung eines Organismus, Organs, Gewebes, einer Zelle oder eines Regelsystems (z.B. Synapse) an veränderte Bedingungen. Bsp.: a) Abnahme der Empfindungsintensität bei fortdauernder Reizeinwirkung von gleichbleibender Stärke. Anzutreffen auf der Ebene der Sinnesrezeptoren (periphere Adaptation) oder auf nachgeschalteten Ebenen des Sinneskanals (zentrale Adaptation, auch Habituation). b) Anpassung der Sauerstofftransportkapazität des Blutes an den Aufenthalt in grossen Höhen durch Vermehrung der Erythrozyten.
Aktivator = Effektor, welcher das Enzym in der aktiven Konformation fixiert.
aktive Stelle: Ort im Enzym, in einer Vertiefung der Globulärstruktur liegend, an welcher der katalytische Vorgang abläuft.
Akkumulatoren sind Systeme zur Speicherung (latein.: accumulare = anhäufen) von elektrischer Energie in Form von chemischer Energie, die nach einiger Zeit wieder als elektrische Energie entnommen werden kann. Man versteht somit unter Akkumulatoren galvanische Elemente zur Erzeugung elektrischer Energie, die nach Entladung durch einen dem Entladungsstrom entgegengesetzt gerichteten Strom wieder voll aufgeladen werden können. Daher bezeichnet man Akkumulatoren auch oft als (Strom)-Sammler oder Sekundärelemente, während Batterien Primärelemente sind. Alle bei der Entladung ablaufenden Reaktionen lassen sich also durch Umkehrung der Stromrichtung (Aufladen) wieder rückgängig machen.
allosterisch: an einem anderen Ort; Hemmung eines Enzyms an einer anderen Stelle als der aktiven Stelle.
Allosterische Hemmung: Ein substratähnlicher Stoff setzt sich in das allosterische Zentrum des Enzyms und verhindert damit, dass das aktive Zentrum „arbeiten“ kann. Nach kurzer Zeit ist das Enzym aber wieder frei und kann weiterarbeiten (Gleichgewichtsreaktion).
Allosterisches Enzym = Enzym mit einem aktiven und einem allosterischen Zentrum.
Automatik ist ein Synonym zu Systemtheorie und Kybernetik, das in der naturwissenschaftlich-technischen Kultur gerne verwendet wird, weil "Systemtheorie" und "Kybernetik" in den Geisteswissenschaften oft in einem nicht verträglichen Sinn verwendet werden.
Begrenzender Reaktand ist der Reaktand (Edukt), von dem die kleinste stöchiometrische Menge zur Verfügung steht und der dadurch die maximale theoretische Ausbeute begrenzt.
Biokybernetik ist die Wissenschaft, die sich mit den Steuerungs- und Regelungsvorgängen in Organismen beschäftigt. In ihren Fachbereich fallen Prozesse wie die Regulierung der Körpertemperatur, das osmotische Gleichgewicht, der Säurehaushalt sowie diverse Stoffwechselprozesse und deren Regulierung durch Hormone.
Biotransformationssystem: Die Cytochrom P450 Enzyme sind die wichtigsten Komponenten des Biotransformationssystems. Sie sind aus einer Gruppe von Hämproteinenzymen, aufgebaut. Der Begriff Cytochrom P450 leitet sich davon ab, dass diese Enzyme als Elektronenübertragungsysteme (Redoxsysteme) funktionieren und dass sie in reduzierter Form ein Absorptionsmaximum (P steht für englisch "peak") bei 450 nm (blau) aufweisen. Man kennt heute etwa ein Dutzend verschiedene Cytochrom P450 Enzyme. Die Substratspezifität der P450 Enzyme ist gering, d.h. das gleiche Enzym kann mit chemisch verschiedenen Substraten reagieren. Die P450 Enzyme sind somit keine Spezialisten, es sind Alleskönner.
Black-Box ist in der Systemtheorie ein Modul das ein Phänomen mit einem Mechanismus erklären will, von welchem man (noch) nicht weiss, wie es konstruiert ist, respektive dessen Funktionsweise man nicht kennt. Blackbox ist somit ein Platzhalter einer Erklärung. In den Ingenieurwissenschaften ist eine Blackbox ein funktionsspezifiziertes Element, dessen Konstruktion man nicht kennen muss.
Chemisches Potenzial: Jede Potenzialdifferenz beschreibt die Fähigkeit des Systems, Arbeit zu verrichten. Für die einzelnen Komponenten bedeutet das die „gegenseitige Reaktivität“. Daher besitzen chemische Reaktionen solange eine Triebkraft ("Freiwilligkeit des Ablaufens"), bis sich ein Gleichgewicht einstellt, indem sich die chemischen Potenziale aller Stoffe angleichen.
Chemotaxis: Durch chemische Reize ausgelöste gerichtete Bewegung von Zellen auf die Reizquelle hin oder das Fortbewegen von der Reizquelle weg (positive oder negative Chemotaxis) è Regelung.
Computersimulation: Nachbildung eines realen Systems mit seinen dynamischen Prozessen in einem mathematischen Modell mit Hilfe des Computers. Es können dabei Erkenntnisse zu den Wirkungsnetzen und dessen Wechselwirkungen im System gewonnen werden, die mit Experimenten an der Wirklichkeit überprüft werden müssen.
dissipativ heisst eine Struktur, die nur durch Aufnahme von Energie erhalten bleibt. Dissipative Strukturen sind in einem Fliessgleichgewicht. Beispiel: die Struktur eines Baumes.
Dissoziation: Aufhebung einer Verbindung. a) Reversibler Zerfall einer chemischen Verbindung in Moleküle, Atome oder Ionen. b) Unterschiedlich stark ausgeprägte Empfindungsstörung verschiedener Sinnesqualitäten. c) Unterschiedlich stark ausgeprägte Normabweichung der Liquorbestandteile bei krankhaften Veränderungen des ZNS. d) Nicht beidseits koordinierte Augenabweichung im Sinne einer Bewegungsstörung bei krankhaften Prozessen des ZNS.
Dynamik: Die Lehre von den bedingten Bewegungs- oder Zustandsänderungen. Dynamos heisst auf griechisch Kraft im Sinne von einem Einfluss, der etwas bewegt. Wenn sich aber etwas bewegt, dann verstreicht dabei Zeit, man kann sagen: Dynamik ist eine zeitabhängige Betrachtung. Beispiel: Runaway-Reaktion. Die Reaktion produziert Wärme, damit wird das Reaktionsgemisch heisser. Somit läuft die Reaktion rascher und produziert rasche Wärme …
dynamisches Gleichgewicht (steady state): Gleichgewichtssituation bei dem zwei entgegengesetzte Vorgänge permanent ablaufen und dieselbe Geschwindigkeit zeigen, z. B. Hin-und Rückreaktion (dchin/dt = dcrück/dt) à Fliessgleichgewicht
Effektor = kleines Molekül, welches sich in das allosterische Zentrum setzen kann.
Efficiency (Wirkungsgrad): Das Verhältnis von Ausgangsleistung zu Eingangsleistung wird normalerweise bei voller Belastung und nominalen Eingangsbedingungen gemessen. Bei Mehrfachausgängen kann der Wirkungsgrad von der Aufteilung der Ausgangsleistung auf die verschiedenen Ausgänge abhängen.
Eigenwerte heissen Systemzustände, die ein System nach Störungen aufsucht. Beispiel: Reaktive Moleküle nehmen so lange an Reaktionen teil, bis sie den anderen Partner gegenüber unreaktiv sind.
Endprodukthemmung ist eine Form der Inhibition, bei der das Endprodukt einer Synthesekette ein Enzym in der Kette hemmt.
Entropie: Thermodynamischer Ausdruck als „Mass für die Unordnung“ eines Systems. Jedem Übergang von einem Anfangs- in einen Folgezustand ist eine bestimmte Entropieänderung zugeordnet. Bsp.: Ist in einem System Wärme ungleich verteilt, kennzeichnet die Entropie die Tendenz zum Temperaturausgleich im System.
Entwicklung ist ein Prozess, bei dem sich das Strukturniveau erhöht.
Enzymaktivität: Geschwindigkeit, mit der ein Enzym eine Menge Substrat katalysiert (Reaktionsgeschwindigkeit bezogen auf die Enzymkonzentration).
Enzyme sind funktionelle Proteine, die durch ihre dreidimensionale Struktur chemischen Prozesse katalysieren Biokatalysatoren). Die Modellvorstellung ist, dass Enzyme ihre Substrate in eine neue Raumstruktur zwingen oder Reaktanden so nahe zusammenführen, dass die Reaktion leichter ablaufen kann. Grundsätzlich ist die Reaktion für Assoziation und Dissoziation gleich beschleunigt. Meist wird jedoch ein Produkt abgezogen, so dass sich Reaktionsgleichgewichte verschieben (Le Châtelier). Enzyme bestehen in der Regel aus einem Protein-Anteil und einer weiteren Gruppe (Ionen, organische Moleküle), dem Coenzym.
Man unterscheidet extensive und intensive Zustandsgrössen (kurz Grössen). Extensive Zustandsgrössen (extensive quantities) sind solche, die ihren Wert ändern, wenn das System in kleinere Teilsysteme zerlegt wird, also von der Systemgrösse abhängen. Wird der Wert davon nicht beeinflusst, spricht man von intensiven Zustandsgrössen.
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Charakteristikum |
Grössen, die stoffmengenbezogen sind. |
Grössen, die nicht stoffmengenbezogen sind |
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Eigenschaft |
Ändert sich mit der Grösse des betrachteten Systems. Extensive Grössen sind additiv. Wird die Stoffmenge vervielfacht, so vervielfachen sich alle extensiven Grössen. |
Wird von der Grösse des Systems nicht beeinflusst. Intensive Grössen sind nicht additiv. |
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Beispiele |
Stoffmenge n, das Volumen V, die innere Energie U, die freie Energie F oder die freie Enthalpie G, Masse m, elektrische Ladung Q,
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Temperatur T, Dichte ρ, Druck p, Viskosität , Brechungsindex, elektrische Spannung V, Dielektrizitätskonstante ε, Dipolmoment, |
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Besonderheit |
Eine Zustandsgrösse ist auch dann extensiv, wenn sie proportional zu allen anderen als extensiv bekannten Zustandsgrössen ist. Die Proportionalität gilt nur, solange alle nicht extensiven Zustandsgrössen konstant bleiben. |
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Zusammenhang |
Das Produkt einer extensiven und einer intensiven Grösse ist eine extensive Grösse. |
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Feedback (engl.: Rückführzwei, Rückkopplung, Rückmeldung) kommt ursprünglich aus der Kybernetik und wird übersetzt mit Rückkopplung. Feedback ist ein Signal, dass durch eine Ist-Soll-Wert-Differenz verursacht und einen Einfluss auf diese Differenz auslösen kann.
Fehlerquellen bei Computersimulationen:
1. Vereinfachungsfehler bei der Bildung eines quantitativen Modells (falsche Systemgrenzen, zu starke Reduktion).
2. Verfahrensfehler bei der Auswahl und Anwendung der Funktionen.
3. Rechenfehler, da Computer nur mit endlich vielen Stellen rechnen können und evtl. Rundungsfehler sich gegenseitig auch noch verstärken können (auch Iterationsfehler).
4. Interpretationsfehler vom errechneten Modellzustand auf den realen Systemzustand.
Fliessgleichgewicht (steady state) steht für ein Gleichgewicht, das durch fortlaufende Regelung hergestellt wird, typischerweise alle chemischen Gleichgewichte (permanente Reaktionen auf molekularer Ebene).
Fühler: Der Fühler oder Sensor, in biologischen Systemen oft auch Rezeptor genannt, ist eine Mess- bzw. Registriervorrichtung, die den augenblicklichen Wert (Istwert) der zu regelnden Grösse misst. Der Fühler meldet das, was er fühlen kann, nicht das, was er im Sinne des Regelsystems fühlen soll.
Funktion eines Systems ist die Relation zwischen Input und Output (x = (y)).
Gleichgewichtsreaktionen: Chemische Reaktion bestehend aus Hin- und Rückreaktion; beide laufen gleichzeitig ab (Fliessgleichgewicht). Beim Erreichen der Gleichgewichtskonzentration sind beide Reaktionsgeschwindigkeiten gleich gross – aber beide Reaktionen sind permanent am Laufen è dynamisch.
Halbwertszeit (HWZ, t½) wird diejenige Zeit bezeichnet, nach der die Konzentration eines Ausgangsstoffes auf die Hälfte des Anfangswertes c0 abgesunken ist. Für eine Reaktion:
- 1. Ordnung, wozu auch radioaktive Zerfallsprozesse zählen, gilt t1/2 = ln(2)/k, für eine Reaktion
- n. Ordnung t1/2 = (2n-1 - 1)/(n - 1)•k•c0n-1, wobei k die Geschwindigkeitskonstante ist.
Heuristik ist eine „Daumenregel“, eine Strategie, eine Taktik, eine Vereinfachung oder ein anderes Vorgehen, das die Suche nach der Lösung von einem Problem drastisch vereinfacht. Heuristiken garantieren keine optimale Lösung; eigentlich garantieren sie keine Lösung. Was man über eine nützliche Heuristik sagen kann, ist, dass sie meistens brauchbare Lösungen anbietet.
Homöostase: Körperfunktionen werden durch Regulation innerhalb sehr enger Grenzen konstant gehalten und etwaige Veränderungen sofort wieder ausgeglichen. Bsp. Werden von aussen Stoffe zugeführt, die der Körper selbst herstellen kann, dann vermindert er die Produktion oder stellt sie ganz ein.
Inhibitor = Effektor, welcher das Enzym in der inaktiven Konformation fixiert.
Interaktion ist ein Prozess, in welchem Energie oder Information zwischen zwei unterschiedlichen Punkten fliesst, die zu Veränderungen führen.
Isotonie: Zustand gleicher oder konstanter Konzentrationen gelöster Teilchen bzw. Ausgleich des osmotischen Druckes von Lösungen in getrennten Kompartimenten. Bei Isotonie findet keine Nettoverschiebung von Flüssigkeit von einem Kompartiment zum anderen statt. Lösungen mit einer Osmolarität von ca. 300 mosmol/l sind isoton mit der Körperflüssigkeit.
Katalysatoren sind Substanzen welche die Geschwindigkeit einer Reaktion erhöhen ohne deren freie Reaktionsenthalpie zu verändern. Sie werden bei der Reaktion nicht aufgebraucht. Der Katalysator ist sowohl Edukt (Reaktand) als auch Produkt der Reaktion.
Der Begriff Katalysator sollte nicht verwendet werden, wenn eine Reaktion verlangsamt wird: Inhibitor, Stabilisator.
Man unterscheidet homogene, heterogene und Autokatalyse. Bei der Autokatalyse ist ein Reaktionsprodukt selbst Katalysator.
Der Begriff Katalysator wird auch oft verwendet, wenn die Substanz bei der Reaktion aufgebraucht wird (z.B. bei der basenkatalysierten Veresterung). Genau genommen sollte so eine Substanz Aktivator genannt werden.
Kompartimentierung: a) Funktionelle Abgrenzung von Reaktionsräumen in Zellen (meist als Teil einer Organelle), die Enzyme/Rezeptoren und Reaktionspartner für einen bestimmten biochemischen Prozess enthalten oder Substanzspeicher sind. b) Stoffabhängige Unterteilung des Körpers in Volumenbereiche (Kompartimente), in denen Substanzen sich homogen verteilen und gleichen pharmakokinetischen Bedingungen unterliegen.
Kompartimentierung ist:
1. Funktionelle Abgrenzung von Reaktionsräumen in Zellen (meist als Teil einer Organelle), die Enzyme und Reaktionspartner für einen bestimmten biochemischen Prozess enthalten oder Substanzspeicher sind.
2. Stoffabhängige Unterteilung des Körpers in Volumenbereiche (Kompartimente), in denen Substanzen sich homogen verteilen und gleichen pharmakokinetischen Bedingungen unterliegen.
Kompetitive Hemmung: Ein substrat-/wirkstoffähnlicher Stoff setzt sich in das aktive Zentrum des Enzyms/Rezeptors, kann aber nicht umgesetzt/aktiv werden. Dadurch wird das Enzym/Rezeptor für eine gewisse Zeit blockiert, und die Enzym-/Rezeptoraktivität sinkt. Nach kurzer Zeit ist das Enzym/Rezeptor aber wieder frei und kann weiterarbeiten (Gleichgewichtsreaktion).
kompetitiver Inhibitor: Hemmstoff von Enzymen oder Rezeptoren, der eine ähnliche Struktur wie das Substrat/Wirkstoff besitzt und deshalb vom Enzym/Rezeptor damit verwechselt wird.
Komplexität eine Eigenschaft von Systemen oder Realitätsbereichen. Sie charakterisiert die Vielfalt der Wechselwirkungen von Teilsystemen oder Systemelementen und beschreibt das Verhalten von unterscheidbaren Zuständen des Systems. Sie kann quantifiziert werden mit Hilfe des Begriffs der Varietät. Je grösser die Komplexität desto höher ist Unbestimmtheit von Ereignissen. Komplexe Systeme sind unüberschaubar, vernetzt, undurchsichtig und oft wahrscheinlichkeitsabhängig.
Komponente: Bauteil (technisch) oder Substanz (chemisch) in einem Modul oder System.
Konzentration: Menge eines gelösten Stoffes in einer gegebenen Menge einer Lösung. In der Chemie üblicherweise Anzahl Mole pro Liter Lösung.
Konformationen sind unterschiedliche räumliche Zustände eines Moleküls.
Konformere Moleküle haben unterschiedliche Oberflächen. Konformation: Räumliche Struktur der Proteine und Peptide.
konservativ heisst eine Struktur, die im Unterschied zur dissipativen Struktur - durch Aufnahme von Energie zerstört wird. Beispiele: die Struktur eines Kristalles, die Struktur eines Edelgases.
Konstitutive Eigenschaften: Chemische und physikalische Eigenschaften von Verbindungen, die durch deren Konstitution und molekulare Struktur (einschliesslich Konfiguration und Konformation) bedingt sind, heissen konstitutive Grössen. Hierher gehören intensive Grössen wie chemische Reaktionen, aber auch physikalische Eigenschaften wie Refraktion, Spektrum, Dipolmoment. Gegensatz: kolligative Eigenschaften mit extensiven Grössen.
Konvergenz: Prinzip einer Verschaltung, das die Bündelung des Datenflusses von mehreren vorgeschalteten Elementen auf ein nachgeschaltetes Element beschreibt.
Kybernetik als Wort ist vom griechischen Wort für Steuermann (kybernetes) abgeleitet und bezeichnet die Lehre von Regelkreisen und Informationsaustausch. Die Kybernetik ist damit zugleich Grundlage der elektrotechnischen Mess-, Steuer- und Regeltechnik (MSR), der Systemtheorie in der Informatik und der Systemik in den Sozial- und Geisteswissenschaften. (Lehre von den Regelvorgängen, begründet von dem amerikanischen Mathematiker Norbert Wiener (1894-1964)).
Leistungsregelung: Regelungsprinzipien, nach denen ein System betrieben wird. Zum Beispiel: ab welcher Konzentration eines Hormons, Neurotransmitters oder eines Produkts einer Stoffwechselkette Energie bereitgestellt oder verbraucht wird.
Massenwirkungsgesetz: Im Gleichgewichtszustand ist das Verhältnis des Produkts der Konzentrationen der Produkte zum Produkt der Konzentrationen der Edukte für eine bestimmte Temperatur konstant. Die Konstante heisst Gleichgewichtskonstante oder Massenwirkungskonstante K.
a A + b B ßà c C + d D
Reaktionsgeschwindigkeiten:
và = kà • [A]a • [B]b
vß = kß • [C]c • [D]d
Im Gleichgewicht ist: và = vß
kà • [A]a • [B]b = kß • [C]c • [D]d
K = và/vß = [C]c • [D]d / ([A]a •[B]b)
K ist temperaturabhängig, da die Hin- und die Rückreaktion auf die Temperatur unterschiedlich reagieren.
Modell: Vereinfachtes Abbild einer realen Situation. Es muss durch hinreichende Ähnlichkeit mit diesem gekennzeichnet sein und wird für Simulationen verwendet. Unter einem (abstrakten) Modell versteht man - (im Gegensatz zu gegenständlichen Modellen wie z.B. einem Demonstrationsmodell) - ein gedachtes Abbild eines Systems. Meist ist ein System so komplex, dass es mit der Vorstellung nicht vollständig zu erfasst und untersucht werden kann. Dann ist zu der Abstraktion noch eine Reduktion auf die wesentlichen/wichtigen (manchmal auch auf die am besten fassbaren) Parameter und Wechselwirkungen des Systems notwendig. Man unterscheidet:
· qualitative Modelle, bei denen die Strukturen und ihre Beziehungen nur qualitativ (verbal) beschrieben sind.
· quantitative Modelle, bei denen die Strukturen und ihre Beziehungen quantitativ, d.h. durch eindeutige numerische Werte und mathematische Funktionen beschrieben sind.
Modellierung heisst Planung und Konstruktion eines Modells.
Modellbildung: Diese erfolgt durch die vereinfachende Nachbildung der Struktur eines Systems (Original) durch ein analoges System (Modell). Dafür werden bestimmte Eigenschaften des Originals ausgewählt und im Modell abgebildet.
Modul heisst eine Konstruktion, die in verschiedenen übergeordneten Konstruktionen verwendet wird à Teilsystem.
osmotischer Druck. Druckdifferenz zwischen zwei durch eine semipermeable Membran voneinander getrennten Kompartimenten. Er wird verursacht durch die unterschiedlichen Konzentrationen an gelösten Substanzen. Dabei ist die Membran für das Lösungsmittel, nicht aber für gelöste Substanzen durchlässig. Einheit des Drucks: Pascal (Pa)= Newton (N)/m2.
Parameter sind in der Systemdynamik Konstanten, die in der Evaluation/Simulation „vorläufig“ festgelegt werden, lax gesprochen also variable Konstanten. Formal - also in der Systemgleichung - handelt es sich ganz eindeutig um Konstanten. Pro Berechnung ändern sich Parameter nicht. Während der Konstruktion werden Konstanten festgelegt, deren Wert wird dann durch Simulation ermittelt.
Phänomene sind in Handlungszusammenhängen wahrgenommene Prozesse, für deren Ursachen ein Beobachter eine Erklärung sucht. Phänomene sind Entdeckungen.
Prinzip heisst schematisierte Funktionsweise.
Probleme haben definitionsgemäss eine Lösung, sonst sind sie keine Probleme. Kreativ ist, wer noch nicht bekannte Problemlösungen findet.
Prozess [lat.] heisst allgemein soviel wie: Verlauf, Ablauf, Hergang, Entwicklung.
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offen: |
(weitgehend) abgeschlossen: |
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dynamisch: |
statisch: |
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kontinuierlich: |
diskret: |
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determiniert: |
stochastisch: |
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stabil: |
instabil: |
Reaktions-Geschwindigkeitskonstante k nennt man die Proportionalitätskonstante in einem Geschwindigkeitsgesetz, d.h. die Proportionalität zwischen Reaktionsgeschwindigkeit und der Konzentrationsänderung der Pro- oder Edukte mit der Zeit:
0. Ordnung: dc/dt = k
1. Ordnung: dc/dt = k ● c à k = ln(2)/HWZ
2. Ordnung: dc/dt = k ● c1 ● c2
k-Werte können nur zwischen Reaktionen gleicher Ordnung verglichen werden (Einheiten!)
k muss für jede Reaktion experimentell bestimmt werden.
k ist substanz- und temperaturabhängig.
Die Geschwindigkeitskonstante k entspricht beim radioaktiven Zerfall der Zerfallskonstanten λ
Regelgrösse (Regelstrecke, Istwert): Zustand oder Vorgang, der konstant gehalten werden soll. Der Istwert stimmt nur selten mit dem Sollwert (Führungsgrösse) überein, in den meisten Fällen schwankt er um ihn. Die Frequenz der Schwingung hängt von der Reaktionsgeschwindigkeit des Systems ab (Zeitverhalten), die Amplitude (Bandbreite) von der Leistungskapazität des Regelsystems.
Regelung: Vorgang, bei dem die Regelgrösse (Istwert), trotz Einwirkung von Störungen (Störgrösse), fortlaufend erfasst, mit der Führungsgrösse (Sollwert), verglichen, und abhängig von der Abweichung im Sinne einer Angleichung an die Führungsgrösse gesteuert wird. Regelung beruht auf Feed back(wards), Steuerung beruht auf Feed forwards. Beim Regeln korrigiere ich die Wirkung meiner vorhergehenden Massnahme (Nach-Sicht), beim Steuern muss ich voraussehen, wie meine Massnahme wirkt (Vor-Sicht).
Regelzeit: Zeitdifferenz zwischen Eingangs- und Ausgangssignal (resp. Konzentration). Sie bestimmt das Zeitverhalten.
Regler: Im Regler werden Istwert und Sollwert miteinander verglichen und abgeglichen. Geht der Istwert geht mit negativem Vorzeichen in den Abgleich ein, spricht man von negativer Rückkopplung. Eine positive Rückkopplung, wie sie z.B. bei einer Wachstumsfunktion zum tragen kommt, führt entweder zu Selbstverstärkereffekten oder zu einem Systemzusammenbruch.
Regulation. Steuerung von Abläufen in beliebigen Systemen. Die Regulation über Regelkreise dient biochemisch der Erhaltung der Homöostase oder der Anpassung und Koordination unterschiedlicher Abläufe. Bsp.: Der Blutdruck wird durch Regulation innerhalb bestimmter Grenzen an die jeweilige Belastungssituation des Organismus angepasst.
Regulator (Regelkreis), Regulation: Teil eines Systems, welcher das Ausgangssignal (Nervenreiz, Konzentration..) regelt. Sein Zeitverhalten ist für die Stabilität des Systems von entscheidender Bedeutung.
Reversibilität: Umkehrbarkeit, das Gegenteil ist Irreversibilität
Rezeptoren: Membranproteine, die spezifisch auf chemische Stoffe oder physikalische Reize reagieren (binden); dadurch werden intrazellulär Reaktionen ausgelöst
Rückkopplung oder auch Feedback, kennzeichnet eine gegenseitige Beeinflussung zwischen Elementen eines Systems. Man unterscheidet positive und negative Rückkopplung. Chemisch: Rückwirken eines Reaktionsprodukts auf den laufenden Prozess.
Rückkopplung, negative: Diese wirkt im System stabilisierend. Notwendige Bedingung dafür ist die Vorzeichenumkehr im Regler (negative feedback): Ein Element, das einen Anstieg der Eingangsgrösse mit einem Absinken der Ausgangsgrösse (Istwert) beantwortet oder umgekehrt (feedback inhibition).
Rückkopplung, positive: Diese wirkt verstärkend und führt zu einem Ungleichgewicht im System. Notwendige Bedingung dafür ist die fehlende Vorzeichenumkehr im Regler (positive feedback): Ein Element beantwortet einen Anstieg der Eingangsgrösse mit einem Anstieg der Ausgangsgrösse (Istwert) oder umgekehrt. Sie führt zu dysfunktionaler Instabilität.
Selbstregulation, die Homöostase (Homoiostase, griechisch ομοιοστάση - Gleich-Stand) ist in der Systemtheorie das Verhalten eines Systems, sich durch Rückkopplung selbst innerhalb gewisser Grenzen in einem stabilen Zustand zu halten. Lebende Organismen sind Homöostaten, da sie die zu seinem Überleben notwendigen inneren Veränderungen - wie z.B. bei Warmblütern die Körpertemperatur - konstant halten. Solche selbstregulierende Funktionen gewährleisten das Überleben eines Systems, welches sich sonst beispielsweise durch ungehemmtes Wachstum, Überstrukturierung und nicht mehr beherrschbare (selbst erzeugte) Komplexität überfordern würde.
Sensitivität, Empfindlichkeit: Die Empfindlichkeit eines Systems gegenüber spezifischen Veränderungen, z.B. Temperatur, Wirkstoffe, Licht etc.
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Name |
Symbol |
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Länge |
Meter |
M |
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Masse |
Kilogramm |
kg |
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Zeit |
Sekunde |
S |
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Elektrische Stromstärke |
Ampère |
A |
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Thermodynamische Temperatur |
Kelvin |
K |
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Substanzmenge |
Mol |
mol |
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Lichtstärke |
Candela |
cd |
Simulation: Simulation ist die Nachbildung eines dynamischen Prozesses in einem Modell, um zu Erkenntnissen zu gelangen, die auf die Wirklichkeit übertragbar sind. Durchspielen verschiedener Entwicklungsmöglichkeiten am Computer. Simulation hat zum Ziel, das Verhalten eines Systems mit Hilfe eines Modells, z. B. ein Wirkungsnetz zu untersuchen, um Wissen für optimale Strukturen und Prozesse zu entwickeln. Simulation ist ein Prozess, in welchen sich das Modell anstelle des modellierten Gegenstandes verändert.
Sollwert (Zielwert): Einstellungswert des Reglers durch die Führungsgrösse, ist der Eigenwert des Systems
steady state: Gleichgewichtszustand.
Stellglied: Regelelement, das den Wert der Regelgrösse ändert; z. B. Hormondrüse
Stellgrösse: Grösse der Beeinflussung der Regelgrösse durch das Stellglied
Steuerung: Vorgang in einem System, bei dem ein oder mehrere Grössen als Eingangsgrössen, andere Grössen als Ausgangsgrössen aufgrund der dem System eigenen Gesetzmässigkeiten beeinflussen. Steuerung beschreibt somit eine gerichtete Auslösung (Beeinflussung) eines Vorgangs und entspricht damit genau dem, was im vorangegangenen Abschnitt über die Eigenschaften eines Übertragungssystems ausgeführt wurde. Im Englischen gibt es den Begriff control (Kontrolle), wobei zwischen Regelung und Steuerung nicht unterschieden wird. Im Deutschen sind die beiden Begriffe klar definiert und gegeneinander abgesetzt. Steuerung verhält sich zu Regelung wie eine Gerade zu einem Kreis. Steuerung beruht auf Feed forwards, Regelung beruht auf Feed back(wards). Beim Regeln korrigiere ich die Wirkung meiner vorhergehenden Massnahme (Nach-Sicht), beim Steuern muss ich voraussehen, wie meine Massnahme wirkt (Vor-Sicht).
Störgrösse: Auf ein System wirken Störgrössen ein, die ausgeregelt werden müssen. Die Störungen müssen korrigierbar sein. Übersteigen sie die Regelkapazität eines Systems, kommt es zu einer Regelkatastrophe, das System bricht zusammen.
Störung ist ein unbeabsichtigtes Ereignis, das ein System von seiner definierten Funktionsweise abbringt.
Strategie: Strategie nennt man die Wahl eines Verfahrens. Die Strategie ist der Taktik übergeordnet. Im Verlauf der Evolution der Lebewesen haben sich zwei prinzipielle Strategien für die Population N entwickelt: die r- und K-Strategie (= r- und K-Selektion). Die r-Strategie ist (ohne Berücksichtigung von K) durch eine hohe Vermehrungsrate r gekennzeichnet. Sie tritt vor allem bei Arten in Erscheinung, die darauf spezialisiert sind, neue Lebensräume mit variablen Bedingungen zu besiedeln, oder bei solchen, deren Populationsgrössen starken Schwankungen unterworfen sind. Die K-Strategie hingegen beschreibt eine geregelte, dichteabhängige Vermehrung (unter Berücksichtigung der Kapazitätsgrenze des Lebensraums K). Sie kommt bei Arten in stabilen Lebensräumen vor, in denen eine hohe Vermehrungsrate r ohne Vorteil wäre, und gilt als evolutionär progressiver als die r-Strategie. In der Natur findet man meist alle denkbaren Übergänge zwischen beiden Extremen. Man kann daher sagen, dass sich eine Art vornehmlich der einen Strategie bedient, obwohl Anteile der anderen nicht zu übersehen sind. Manchmal bedingen äussere Umstände, z.B. unvorhergesehene Änderungen der Lebensbedingungen, einen Wechsel von einer Strategie zur anderen. dN / dt = rN(K - N) / K, N: Population, K: Kapazität
Synergie: Das einander positiv beeinflussende Zusammenwirken verschiedener Prozesse.
System (griech.: systema = "das Zusammengestellte") fasst Funktionselemente (Funktionseinheiten, Funktionsglieder) sowie deren Wechselwirkungen untereinander als Ganzes zusammen. Die funktionellen Beziehungen der Systemelemente bedingen die besonderen Eigenschaften und Leistungen eines Systems: die Systemeigenschaften. Jedes System beschreibt nur einen Ausschnitt aus der Realität, es hat also eine Systemgrenze zum Umfeld. Wichtig ist die Unterscheidung von Systemelementen auf gleicher Hierarchieebene von solchen auf unter- bzw. übergeordneten Ebenen. Systeme auf untergeordneter Ebene sind Teilsysteme (Subsysteme, Module) eines höherrangigen Systems. In jedem System steckt das Ziel oder die Absicht die Funktion dieses Systems besser zu verstehen. Das zeitliche Verhalten, die Dynamik ist für viele Systeme eine zentrale Eigenschaft.
1. Jedes System besteht aus Elementen (Komponenten, Subsystemen, Modulen, Komponenten à Strukturen), die zueinander in Abhängigkeit/Beziehung stehen (à Funktionen).
2. Ein System in diesem Sinn lässt sich durch die Definition sinnvoller Systemgrenzen weitgehend abgrenzen, damit es als Ganzes unabhängig betrachtet werden kann.
3. Man unterscheidet man die Makro- und die Mikroebene: Die Makroebene beschreibt das System als Ganzes. Die Mikroebene betrachtet die Systemelemente.
4. Strukturen und Abhängigkeiten der Elemente auf der Mikroebene bestimmen die Eigenschaften des Gesamtsystems auf der Makroebene.
5. Die Abhängigkeiten zwischen den Elementen der Mikroebene sind Wirkungen von Flüssen.
6. Aus dem Verhalten der einzelnen Elemente der Mikroebene kann nicht einfach auf das Verhalten der Makroebene geschlossen werden: „Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile!"
Systemdynamik ist eine Methodik um das zeitliche Verhalten von Systemen zu erfassen, beschreiben und mit Modellen nachzubilden.
Systemeigenschaften charakterisieren ein System. Sie ergeben sich einerseits aus den Eigenschaften der Elemente des Systems, der Systemstruktur und den Beziehungen der Elemente. Die Systemeigenschaften sind bestimmt durch die Komplexität, die Dynamik, die Wechselwirkungen (Beziehungen, Abhängigkeiten), die Determiniertheit, die Stabilität und weitere Eigenschaften.
Systemgrenzen bestimmen was gehört dazu - was nicht? Systemgrenzen müssen festgelegt und gut begründet werden. Input und Output eines Systems (Austausch und Umwandlung von Materie, Energie und Information. Auf das System äussere Faktoren ein: Konzentration, Lösungsmittel, Temperatur, Strahlung,…)
Systemtheorie ist ein interdisziplinärer Bereich, in welchem Systeme zur Beschreibung und Interpretation unterschiedlich komplexer Phänomene herangezogen werden. Um Prognosen über das Verhalten solcher Systeme treffen zu können, werden einerseits Strukturen und andererseits Funktionen analysiert. Die Funktionsweise der Systeme wird durch Regelkreise beschrieben. Die meisten Systemmodelle lassen sich numerisch-mathematisch abbilden.
Taktik ist die Wahl eines Zeitpunktes und der Reihenfolge von Verfahren innerhalb einer Strategie (In der Taktik steckt das Wort Takt).
Temperaturkoeffizient, Q10: Durchschnittliche relative Änderung der Reaktionsgeschwindigkeit in Funktion der Änderung der Reaktionstemperatur um 10°C (oder 10 K) bei sonst konstanten Bedingungen (RGT-Regel).
Zeit kann als Veränderung beim Vorbeiziehen der Gegenwart verstanden werden. Die Vergangenheit umfasst dabei die Tatsachen, die Zukunft die Möglichkeiten. In jedem beliebigen System kann alles variiert werden, nur die Zeit nicht. Die Frage nach dem Wesen der Zeit gehört zu den ältesten Fragen der Philosophie.
Zeitverhalten: Faktor für die Beschreibung der Zeit in Übertragungssystemen. Ein Eingangssignal führt zeitlich verzögert zu einem Ausgangssignal. Übertragungssysteme können daher - sofern sie selbst komplex strukturiert sind - über ein „Gedächtnis“ verfügen, in dem Eingangssignale additiv oder multiplikativ verrechnet werden.
Zielzellen: Zellen, die für ein Hormon den passenden Rezeptor enthalten.
Zufall kann als das Gegenteil von Notwendigkeit verstanden werden.
Zustandsgrössen sind Grössen, die zur Beschreibung des Zustandes eines stofflichen Systems dienen. Als Zustandsgrösse bezeichnet man alle Grössen, die für einen Systemzustand einen ganz bestimmten festen Wert haben, unabhängig davon, auf welche Weise das System in diesen Zustand gekommen ist.
Der Zustand eines Systems, bestehend aus einem reinen homogenen und isotropen Stoff, kann z. B. durch die Grössen Masse m bzw. Stoffmenge n, Temperatur T, Druck p und Volumen V beschrieben werden. Zur eindeutigen Charakterisierung des Zustandes werden davon nur drei benötigt, da die vierte durch die thermische Zustandsgleichung V = f(n, T, p) festgelegt ist. In Systemen aus mehreren Phasen oder Stoffen werden zusätzliche Grössen benötigt, die die Phasenanteile und die chemische Zusammensetzung (Zusammensetzungsgrössen) kennzeichnen.