الديناميكا الحرارية هي فرع من فروع الفيزياء يدرس الطاقة الحرارية ومبادئ توزيعها في جميع أنحاء حجم مادة أو وسط معين. يعتمد هذا التخصص على بعض المبادئ العامة العامة ويستخدم خبرة العديد من العلوم الأخرى. التوازن الديناميكي الحراري هو حجر الزاوية في هذا المجال من المعرفة العلمية.
واحدة من أهم خصائص الكائنات الحية وربما الأكثر تحديدًا هي قدرتها الفريدة على تحويل الطاقة وتخزينها في مجموعة متنوعة من الأشكال. التوازن الديناميكي الحراري هو حالة من نظام لا يمكن أن تتغير فيه معلماته وخصائصه بمرور الوقت دون تأثير أي عوامل خارجية.
أي: يمكن للنظام الفيزيائي المعزول نظريًا ، والذي يتكون من كائن مادي واحد أو أكثر ، أن يظل في حالة توازن إلى أجل غير مسمى. إذا كان التوازن الديناميكي الحراري مضطربًا ، فسيميل أي نظام إلى العودة إليهإلى حالتها المستقرة من تلقاء نفسها. هذا هو أحد المبادئ الأساسية للفيزياء ، والذي يُبنى عليه الكثير في حياتنا وفي الطبيعة.
أسهل طريقة لتخيل التوازن الديناميكي الحراري هي من خلال مثال على السمة البشرية الطبيعية مثل الترمس مع الشاي الساخن ، وهو هذا النظام المعزول للغاية. بالطبع ، ستكون درجة الحرارة في أي نقطة من المادة (في هذه الحالة ، الشاي) هي نفسها. ولكن إذا قمت بإسقاط مكعب ثلج في الترمس ، فسيتم اضطراب التوازن الديناميكي الحراري على الفور ، حيث سيكون هناك اختلاف في درجة الحرارة في أجزاء مختلفة من السائل.
في هذه الحالة ، سيحدث انتقال الحرارة من منطقة ذات درجة حرارة أعلى نحو المناطق الأكثر برودة ، حتى يتم إنشاء توحيد النظام الحراري في جميع أنحاء الحجم. عندما يحدث هذا ، سيتم استعادة الاستقرار. هذه هي الطريقة التي يعمل بها أي نظام ديناميكي حراري ، بغض النظر عن حجمه وعدد العناصر التي يتكون منها.
الشرط الرئيسي للتوازن ، وهو نفس مؤشر درجة الحرارة في جميع نقاط النظام ، مهم بشكل خاص للكائنات الحية. تتطلب جميع الكائنات البيولوجية إمدادًا منتظمًا بالطاقة للحفاظ على الحياة الطبيعية. تحتاج جميع العمليات البيولوجية أيضًا إلى نقل مستقر للحرارة وتوزيع موحد.
على سبيل المثال ، النباتات التي تتراكم الطاقة الشمسية وتحولها إلى روابط كيميائية للمواد العضوية من خلالهاالبناء الضوئي. يحدث كل شيء في جسم الحيوانات على العكس تمامًا - يتم تحويل المواد العضوية التي يتم الحصول عليها من الطعام إلى طاقة. كل هذه العمليات (لممثلي كل من عالم النبات والحيوان) تحدث في توافق صارم مع مبادئ النظام الديناميكي الحراري.
المفاهيم الأساسية للديناميكا الحرارية عالمية ولا تتزعزع لكل من الأنظمة البيولوجية الحية والطبيعة غير الحية. تنص مبادئ الديناميكا الحرارية على أنه يمكن تسمية أي مجموعة من الأشياء ذات الصلة بالنظام الديناميكي الحراري. الفرق هو فقط في حجم وعدد العناصر. ومن أمثلة هذه الأنظمة خلايا الجسم أو القلب أو الأعضاء الداخلية الأخرى. الكائن الحي بأكمله هو أيضًا نظام ديناميكي حراري. حتى الأجسام العملاقة مثل المحيط الحيوي ، تنتمي المحيطات أيضًا إلى هذه الفئة. وهم يخضعون لنفس قوانين التوازن الديناميكي الحراري.
