Thermodynamica is een tak van de natuurkunde die thermische energie bestudeert en de principes van de verdeling ervan door het volume van een stof of een bepaald medium. Deze discipline is gebaseerd op enkele algemene universele principes en maakt gebruik van de ervaring van vele andere wetenschappen. Thermodynamisch evenwicht is de hoeksteen van dit gebied van wetenschappelijke kennis.
Een van de belangrijkste en misschien wel de meest specifieke eigenschappen van levende organismen is hun unieke vermogen om energie om te zetten en op te slaan in een grote verscheidenheid aan vormen. Thermodynamisch evenwicht is zo'n toestand van een systeem waarin de parameters en kenmerken in de loop van de tijd niet kunnen veranderen zonder de invloed van externe factoren.
Dat wil zeggen: een theoretisch geïsoleerd fysiek systeem, bestaande uit een of meer fysieke objecten, kan voor onbepaalde tijd in evenwicht blijven. Als het thermodynamisch evenwicht wordt verstoord, zal elk systeem de neiging hebben terug te keren naarop eigen kracht naar zijn stabiele toestand. Dit is een van de fundamentele principes van de natuurkunde, waarop zowel in ons leven als in de natuur te veel is gebouwd.
De gemakkelijkste manier om je een thermodynamisch evenwicht voor te stellen, is door het voorbeeld van zo'n natuurlijk menselijk kenmerk als een thermoskan met hete thee, dat zeer geïsoleerde systeem. Natuurlijk zal de temperatuur op elk punt van de substantie (in dit geval thee) hetzelfde zijn. Maar als je een ijsblokje in een thermoskan laat vallen, wordt het thermodynamische evenwicht onmiddellijk verstoord, omdat er een temperatuurverschil zal zijn in verschillende delen van de vloeistof.
In dit geval zal warmteoverdracht plaatsvinden van een gebied met hogere temperatuur naar koudere gebieden, totdat de uniformiteit van het thermische regime door het hele volume is bereikt. Wanneer dit gebeurt, wordt de stabiliteit hersteld. Dit is hoe elk thermodynamisch systeem werkt, ongeacht de schaal en het aantal objecten waaruit het bestaat.
De belangrijkste evenwichtsvoorwaarde, namelijk dezelfde temperatuurindex op alle punten in het systeem, is vooral belangrijk voor levende organismen. Alle biologische objecten hebben een regelmatige toevoer van energie nodig om een normaal leven te behouden. Alle biologische processen hebben ook een stabiele warmteoverdracht en uniforme distributie nodig.
Bijvoorbeeld, planten, die zonne-energie accumuleren, zetten deze om in chemische bindingen van organische stoffen viafotosynthese. In het lichaam van dieren gebeurt alles precies het tegenovergestelde - organische stoffen die met voedsel worden verkregen, worden omgezet in energie. Al dergelijke processen (voor vertegenwoordigers van zowel de planten- als de dierenwereld) vinden plaats in strikte overeenstemming met de principes van het thermodynamische systeem.
De basisconcepten van de thermodynamica zijn universeel en onwrikbaar voor zowel levende biologische systemen als de levenloze natuur. De principes van de thermodynamica stellen dat elke verzameling verwante objecten een thermodynamisch systeem kan worden genoemd. Het verschil zit alleen in de schaal en het aantal objecten. Voorbeelden van dergelijke systemen zijn de cellen van ons lichaam, het hart of andere inwendige organen. Het hele organisme is in zekere zin ook een thermodynamisch systeem. Zelfs zulke gigantische objecten als de biosfeer, de oceanen behoren ook tot deze categorie. En ze zijn onderworpen aan dezelfde wetten van thermodynamisch evenwicht.
