שיווי המשקל התרמודינמי של המערכת הביולוגית

תרמודינמיקה נקרא ענף בפיזיקה החוקר את האנרגיה התרמית ואת עקרונות ההפצה שלה ברחבי נפח של חומר או בסביבה מסוימת. משמעת זה מבוססת על עקרונות אוניברסליים משותפים מסוימים ומשתמשת נתוני ניסוי במדעים רבים אחרים. שיווי המשקל התרמודינמי הוא אבן הפינה של תחום זה של ידע מדעי.

אחד המרכיבים החשובים ביותר ואולי הנכס המבוקש ביותר של אורגניזמים חיים הוא היכולת הייחודית שלהם כדי אחסון אנרגיה והמרת שלה לתוך מגוון של צורות. שיווי משקל תרמודינמי - הוא מדינה של המערכת כאשר הפרמטרים והמאפיינים שלה לא ניתן לשנות לאורך זמן ללא השפעת גורמים חיצוניים.

כלומר: מבודד תיאורטית מערכת פיזית מורכבות אובייקטים פיסיים אחד או יותר, יכול להישאר לאורך זמן במצב של איזון. אם אתה מפר את שיווי משקל תרמודינמי, כל מערכת תטה לחזור למצב היציב שלהם בכוחות עצמם. זהו אחד העקרונות הבסיסיים של פיסיקה, שבו יותר מדי בנוי בחיים שלנו בטבע.

זה הכי קל לדמיין את שיווי משקל תרמודינמי הוא דוגמא תכונה אנושית טבעית כזו, כמו תרמוס של תה חם, המהווה את המערכת המבודדת ביותר. כמובן, את הטמפרטורה בכל נקודה של החומר (במקרה זה - התה) תהיה זהה. אבל אם טבול בתוך קוביית קרח ירמוס, שיווי משקל תרמודינמי מופר לרגע, כפי שקורה בדל טמפרטורה באזורים שונים של הנוזל.

כאשר העברת חום זה תתקיים מאזור הטמפרטורה הגבוהה כלפי החלקים הקרים, עד הנפח כולו הוקם הומוגניות מצב תרמית. כאשר זה קורה, יציבות תשוחזר. כך כל מערכת תרמודינמית, ללא קשר לגודלה ומספר חפצים, ממנו הוא מורכב.

התנאי העיקרי של שיווי משקל, שהוא אותו מחוון הטמפרטורה בכלל הנקודות של המערכת, חשובה במיוחד עבור אורגניזמים חיים. כל האובייקטים הביולוגיים של צריכת אנרגיה סדירה נדרשים לקיים חיים נורמלים. כל התהליכים הביולוגיים גם צריך העברת חום יציב התפלגות אחידה.

לדוגמא, שותל צבירת אנרגיה סולארית, להמיר אותו קשר כימי של חומרים אורגניים על ידי פוטוסינתזה. בשנות הכל אורגניזם בעל חיים הוא בדיוק ההפך - חומרים אורגניים שמקורם במזון, מומרים לאנרגיה. כל התהליכים האלה (נציגי שני הצמחים ובעלי החיים) להתרחש אך ורק בהתאם לעקרונות של מערכת תרמודינמית.

מושגי יסוד של התרמודינמיקה הם אוניברסליים וקדוש לחיים מערכות ביולוגיות, ועל הטבע הדומם. עקרונות התרמודינמיקה קובעים כי כל אוסף של חפצים נלווים יכול להיקרא מערכת תרמודינמית. ההבדל היחיד הוא הגודל ומספר חפצים. דוגמאות למערכות כאלה יכולים לשמש תאים של הגוף שלנו, לב ואיברים פנימיים אחרים. את כל הגוף הוא גם במובן מסוים, הוא מערכת תרמודינמית. אפילו באתרי ענק כגון הביוספרה, אוקיינוסים גם שייכים לקטגוריה זו. והם כפופים לאותם חוקי התרמודינמיקה בשיווי משקל.