Термодинамічна рівновага біологічної системи

Термодинамікою називається розділ фізики, вивчає теплову енергію і принципи її розподілу по всьому об'єму речовини або певного середовища. Ця дисципліна ґрунтується на деяких загальних універсальних принципах і використовує досвідчені дані багатьох інших наук. Термодинамічна рівновага є наріжним каменем цієї сфери наукових знань.

Термодинамічна рівновага

Одним з найважливіших і, можливо, самим специфічним властивістю живих організмів є їх унікальна здатність до перетворення енергії та зберігання її в найрізноманітніших формах. Термодинамічна рівновага - це такий стан системи, при якому її параметри і характеристики не можуть змінитися з плином часу без впливу будь-яких зовнішніх факторів.

Тобто: теоретично ізольована фізична система, що складається з одного або декількох фізичних об'єктів, може нескінченно перебувати в стані балансу. Якщо порушити термодинамічна рівновага, будь-яка система буде прагнути повернутися до свого стабільного стану самостійно. Це один з основоположних принципів фізики, на якому занадто багато побудовано і в нашому житті, і в природі.

Основні поняття термодинаміки

Найлегше уявити собі термодинамічна рівновага на прикладі такого природного людського атрибуту, як термос з гарячим чаєм, який і являє собою ту саму ізольовану систему. Зрозуміло, температура в будь-якій точці речовини (в даному випадку - чаю) буде однаковою. Але якщо опустити в термос кубик льоду, термодинамічна рівновага моментально порушиться, оскільки виникне різниця температур в різних ділянках рідини.

При цьому теплопередача відбуватиметься з області більш високої температури в напрямку більш холодних ділянок, поки у всьому обсязі не буде встановлена однорідність теплового режиму. Коли це станеться, стабільність буде відновлена. Так працює будь-яка термодинамічна система, незалежно від її масштабу та кількості об'єктів, з яких вона складається.

Умова рівноваги

Основна умова рівноваги, яким є однаковий температурний показник у всіх точках системи, особливо важливо для живих організмів. Всім біологічним об'єктам для підтримки нормальної життєдіяльності потрібно регулярне надходження енергії. Всі біологічні процеси також потребують стабільної передачі тепла і його рівномірному розподілі.

Наприклад, рослини, накопичуючи сонячну енергію, перетворюють її в хімічні зв'язки органічних речовин за допомогою фотосинтезу. В організмі тварин все відбувається з точністю до навпаки - органічні речовини, одержувані з їжею, перетворюються на енергію. Всі подібні процеси (у представників як рослинного, так і тваринного світу) відбуваються в точній відповідності з принципами термодинамічної системи.

Основні поняття термодинаміки універсальні і непорушні як для живих біологічних систем, так і для неживої природи. Принципи термодинаміки свідчать, що будь-яка сукупність зв'язаних об'єктів може називатися термодинамічної системою. Різниця тільки в масштабах і кількості об'єктів. Прикладами таких систем можуть служити клітини нашого організму, серце або інші внутрішні органи. Весь організм теж в якомусь сенсі є термодинамічною системою. Навіть такі гігантські об'єкти, як біосфера, океани також відносяться до цього розряду. І вони підпорядковані тим же законам термодинамічної рівноваги.