Nhiệt động lực học là một nhánh của vật lý học nghiên cứu năng lượng nhiệt và các nguyên tắc phân bố của nó trong toàn bộ thể tích của một chất hoặc một môi trường nhất định. Ngành học này dựa trên một số nguyên tắc phổ quát chung và sử dụng kinh nghiệm của nhiều ngành khoa học khác. Cân bằng nhiệt động lực học là nền tảng của lĩnh vực kiến thức khoa học này.
Một trong những đặc tính quan trọng nhất và có lẽ là đặc trưng nhất của các sinh vật sống là khả năng chuyển đổi năng lượng và lưu trữ năng lượng độc đáo của chúng ở nhiều dạng khác nhau. Cân bằng nhiệt động lực học là một trạng thái của một hệ thống trong đó các thông số và đặc tính của nó không thể thay đổi theo thời gian mà không bị ảnh hưởng bởi bất kỳ yếu tố bên ngoài nào.
Đó là: một hệ thống vật chất cô lập về mặt lý thuyết, bao gồm một hoặc nhiều đối tượng vật chất, có thể duy trì trạng thái cân bằng vô thời hạn. Nếu cân bằng nhiệt động lực học bị xáo trộn, bất kỳ hệ thống nào sẽ có xu hướng trở lạivề trạng thái ổn định của riêng nó. Đây là một trong những nguyên tắc cơ bản của vật lý, dựa trên đó quá nhiều thứ được xây dựng trong cuộc sống của chúng ta và trong tự nhiên.
Cách dễ nhất để hình dung trạng thái cân bằng nhiệt động lực học là bằng ví dụ về một thuộc tính tự nhiên của con người như một cái phích đựng trà nóng, đó là một hệ thống rất cô lập. Tất nhiên, nhiệt độ tại bất kỳ điểm nào của chất (trong trường hợp này là trà) sẽ giống nhau. Nhưng nếu bạn thả một cục nước đá vào phích, cân bằng nhiệt động lực học sẽ bị xáo trộn ngay lập tức, vì sẽ có sự chênh lệch nhiệt độ ở các phần khác nhau của chất lỏng.
Trong trường hợp này, sự truyền nhiệt sẽ xảy ra từ vùng có nhiệt độ cao hơn sang vùng lạnh hơn, cho đến khi chế độ nhiệt được thiết lập đồng nhất trong toàn thể tích. Khi điều này xảy ra, sự ổn định sẽ được khôi phục. Đây là cách bất kỳ hệ thống nhiệt động lực học nào hoạt động, bất kể quy mô của nó và số lượng vật thể mà nó bao gồm.
Điều kiện chính của trạng thái cân bằng, là chỉ số nhiệt độ như nhau tại tất cả các điểm trong hệ thống, đặc biệt quan trọng đối với các sinh vật sống. Tất cả các đối tượng sinh học đều yêu cầu được cung cấp năng lượng thường xuyên để duy trì cuộc sống bình thường. Tất cả các quá trình sinh học cũng cần truyền nhiệt ổn định và phân bố đồng đều.
Ví dụ, thực vật, tích lũy năng lượng mặt trời, chuyển nó thành các liên kết hóa học của các chất hữu cơ thông quaquang hợp. Trong cơ thể động vật, mọi thứ diễn ra hoàn toàn ngược lại - các chất hữu cơ thu được từ thức ăn được chuyển hóa thành năng lượng. Tất cả các quá trình như vậy (đối với đại diện của cả thế giới thực vật và động vật) đều diễn ra theo đúng nguyên tắc của hệ thống nhiệt động lực học.
Các khái niệm cơ bản của nhiệt động lực học là phổ biến và không thể lay chuyển đối với cả hệ sinh vật sống và thiên nhiên vô tri. Các nguyên lý của nhiệt động lực học nêu rõ rằng bất kỳ tập hợp các vật thể liên quan nào cũng có thể được gọi là một hệ nhiệt động lực học. Sự khác biệt chỉ ở quy mô và số lượng đối tượng. Ví dụ về các hệ thống như vậy là các tế bào của cơ thể chúng ta, tim hoặc các cơ quan nội tạng khác. Toàn bộ sinh vật theo một nghĩa nào đó cũng là một hệ thống nhiệt động lực học. Ngay cả những vật thể khổng lồ như sinh quyển, đại dương cũng thuộc loại này. Và chúng tuân theo cùng các định luật cân bằng nhiệt động lực học.
