Thermodynamik ist ein Zweig der Physik, der thermische Energie und die Prinzipien ihrer Verteilung im gesamten Volumen einer Substanz oder eines bestimmten Mediums untersucht. Diese Disziplin basiert auf einigen allgemeinen universellen Prinzipien und nutzt die Erfahrung vieler anderer Wissenschaften. Das thermodynamische Gleichgewicht ist der Eckpfeiler dieses Bereichs wissenschaftlicher Erkenntnisse.
Eine der wichtigsten und vielleicht spezifischsten Eigenschaften lebender Organismen ist ihre einzigartige Fähigkeit, Energie umzuwandeln und in einer Vielzahl von Formen zu speichern. Das thermodynamische Gleichgewicht ist ein Zustand eines Systems, in dem sich seine Parameter und Eigenschaften im Laufe der Zeit nicht ohne den Einfluss äußerer Faktoren ändern können.
Das heißt: Ein theoretisch isoliertes physikalisches System, bestehend aus einem oder mehreren physikalischen Objekten, kann unbegrenzt im Gleichgewicht bleiben. Wenn das thermodynamische Gleichgewicht gestört ist, neigt jedes System dazu, dorthin zurückzukehrenvon selbst in seinen stabilen Zustand. Dies ist eines der Grundprinzipien der Physik, auf dem zu viel in unserem Leben und in der Natur aufgebaut ist.
Der einfachste Weg, sich das thermodynamische Gleichgewicht vorzustellen, ist das Beispiel eines so natürlichen menschlichen Attributs wie einer Thermoskanne mit heißem Tee, die dieses sehr isolierte System ist. Natürlich ist die Temperatur an jedem Punkt der Substanz (in diesem Fall Tee) gleich. Aber wenn Sie einen Eiswürfel in eine Thermoskanne fallen lassen, wird das thermodynamische Gleichgewicht sofort gestört, da es einen Temperaturunterschied in verschiedenen Teilen der Flüssigkeit gibt.
In diesem Fall findet eine Wärmeübertragung von einem Bereich mit höherer Temperatur zu kälteren Bereichen statt, bis die Gleichmäßigkeit des thermischen Regimes im gesamten Volumen hergestellt ist. Wenn dies geschieht, wird die Stabilität wiederhergestellt. So funktioniert jedes thermodynamische System, unabhängig von seinem Maßstab und der Anzahl der Objekte, aus denen es besteht.
Die wichtigste Gleichgewichtsbedingung, nämlich der gleiche Temperaturindex an allen Punkten des Systems, ist für lebende Organismen besonders wichtig. Alle biologischen Objekte benötigen eine regelmäßige Energiezufuhr, um ein normales Leben aufrechtzuerh alten. Alle biologischen Prozesse benötigen außerdem eine stabile Wärmeübertragung und eine gleichmäßige Verteilung.
Zum Beispiel wandeln Pflanzen, die Sonnenenergie ansammeln, diese in chemische Bindungen organischer Substanzen umPhotosynthese. Im Körper von Tieren passiert alles genau umgekehrt - mit der Nahrung gewonnene organische Substanzen werden in Energie umgewandelt. Alle diese Prozesse (für Vertreter der Pflanzen- und Tierwelt) laufen in strikter Übereinstimmung mit den Prinzipien des thermodynamischen Systems ab.
Die grundlegenden Konzepte der Thermodynamik sind sowohl für lebende biologische Systeme als auch für die unbelebte Natur universell und unerschütterlich. Die Prinzipien der Thermodynamik besagen, dass jede Ansammlung verwandter Objekte ein thermodynamisches System genannt werden kann. Der Unterschied besteht nur in der Größe und Anzahl der Objekte. Beispiele für solche Systeme sind die Zellen unseres Körpers, das Herz oder andere innere Organe. Auch der gesamte Organismus ist gewissermaßen ein thermodynamisches System. Auch solche gigantischen Objekte wie die Biosphäre, die Ozeane gehören zu dieser Kategorie. Und sie unterliegen denselben Gesetzen des thermodynamischen Gleichgewichts.
