La termodinamica è una branca della fisica che studia l'energia termica e i principi della sua distribuzione nel volume di una sostanza o di un determinato mezzo. Questa disciplina si basa su alcuni principi universali generali e utilizza l'esperienza di molte altre scienze. L'equilibrio termodinamico è la pietra angolare di quest'area della conoscenza scientifica.
Una delle proprietà più importanti e forse più specifiche degli organismi viventi è la loro capacità unica di convertire l'energia e immagazzinarla in un'ampia varietà di forme. L'equilibrio termodinamico è un tale stato di un sistema in cui i suoi parametri e le sue caratteristiche non possono cambiare nel tempo senza l'influenza di fattori esterni.
Ovvero: un sistema fisico teoricamente isolato, costituito da uno o più oggetti fisici, può rimanere in uno stato di equilibrio indefinitamente. Se l'equilibrio termodinamico è disturbato, qualsiasi sistema tenderà a tornareal suo stato stabile da solo. Questo è uno dei principi fondamentali della fisica, su cui si costruisce troppo sia nella nostra vita che nella natura.
Il modo più semplice per immaginare l'equilibrio termodinamico è l'esempio di un attributo umano così naturale come un thermos con tè caldo, che è quel sistema molto isolato. Naturalmente, la temperatura in qualsiasi punto della sostanza (in questo caso il tè) sarà la stessa. Ma se fai cadere un cubetto di ghiaccio in un thermos, l'equilibrio termodinamico sarà istantaneamente disturbato, poiché ci sarà una differenza di temperatura in diverse parti del liquido.
In questo caso, il trasferimento di calore avverrà da una regione a temperatura più elevata verso zone più fredde, fino a quando l'uniformità del regime termico non sarà stabilita in tutto il volume. Quando ciò accade, la stabilità verrà ripristinata. Ecco come funziona qualsiasi sistema termodinamico, indipendentemente dalla sua scala e dal numero di oggetti che lo compongono.
La principale condizione di equilibrio, che è lo stesso indice di temperatura in tutti i punti del sistema, è particolarmente importante per gli organismi viventi. Tutti gli oggetti biologici richiedono una fornitura regolare di energia per mantenere una vita normale. Tutti i processi biologici richiedono anche un trasferimento di calore stabile e una distribuzione uniforme.
Ad esempio, le piante, accumulando energia solare, la convertono in legami chimici di sostanze organiche attraversofotosintesi. Nel corpo degli animali accade esattamente il contrario: le sostanze organiche ottenute con il cibo vengono convertite in energia. Tutti questi processi (per i rappresentanti sia del mondo vegetale che animale) avvengono in stretta conformità con i principi del sistema termodinamico.
I concetti di base della termodinamica sono universali e irremovibili sia per i sistemi biologici viventi che per la natura inanimata. I principi della termodinamica affermano che qualsiasi collezione di oggetti correlati può essere chiamata sistema termodinamico. La differenza è solo nella scala e nel numero di oggetti. Esempi di tali sistemi sono le cellule del nostro corpo, il cuore o altri organi interni. L'intero organismo è anche in un certo senso un sistema termodinamico. Anche oggetti giganteschi come la biosfera e gli oceani appartengono a questa categoria. E sono soggetti alle stesse leggi dell'equilibrio termodinamico.
