Termodünaamika on füüsika haru, mis uurib soojusenergiat ja selle jaotumise põhimõtteid kogu aine või teatud keskkonna mahus. See distsipliin põhineb mõningatel üldistel universaalsetel põhimõtetel ja kasutab paljude teiste teaduste kogemusi. Termodünaamiline tasakaal on selle teaduslike teadmiste valdkonna nurgakivi.
Elusorganismide üks olulisemaid ja võib-olla ka spetsiifilisemaid omadusi on nende ainulaadne võime muundada energiat ja salvestada seda mitmel erineval kujul. Termodünaamiline tasakaal on selline süsteemi seisund, kus selle parameetrid ja omadused ei saa aja jooksul muutuda ilma väliste tegurite mõjuta.
See tähendab: teoreetiliselt isoleeritud füüsiline süsteem, mis koosneb ühest või mitmest füüsilisest objektist, võib püsida tasakaalus lõputult. Kui termodünaamiline tasakaal on häiritud, kipub iga süsteem tagasi pöördumaiseseisv alt stabiilsesse olekusse. See on üks füüsika alusprintsiipe, millele nii meie elus kui ka looduses liiga palju üles ehitatakse.
Lihtsaim viis termodünaamilise tasakaalu kujutamiseks on sellise inimese loomuliku omaduse näitel nagu termos kuuma teega, mis on see väga isoleeritud süsteem. Muidugi on aine (antud juhul tee) mis tahes punkti temperatuur sama. Kui aga kukutate jääkuubiku termosesse, rikutakse koheselt termodünaamilist tasakaalu, kuna vedeliku erinevates osades on temperatuuride erinevus.
Sel juhul toimub soojusülekanne kõrgema temperatuuriga piirkonnast külmematesse piirkondadesse, kuni soojusrežiimi ühtlus saavutatakse kogu mahu ulatuses. Kui see juhtub, taastub stabiilsus. Nii töötab iga termodünaamiline süsteem, olenemata selle mõõtkavast ja objektide arvust, millest see koosneb.
Tasakaalu põhitingimus, milleks on süsteemi kõikides punktides sama temperatuuriindeks, on elusorganismide jaoks eriti oluline. Kõik bioloogilised objektid vajavad normaalse eluea säilitamiseks regulaarset energiavarustust. Kõik bioloogilised protsessid vajavad ka stabiilset soojusülekannet ja ühtlast jaotumist.
Näiteks päikeseenergiat akumuleerivad taimed muudavad selle orgaaniliste ainete keemilisteks sidemeteks.fotosüntees. Loomade kehas toimub kõik täpselt vastupidi – toiduga saadud orgaanilised ained muudetakse energiaks. Kõik sellised protsessid (nii taime- kui ka loomamaailma esindajate puhul) toimuvad ranges kooskõlas termodünaamilise süsteemi põhimõtetega.
Termodünaamika põhimõisted on universaalsed ja vankumatud nii elusate bioloogiliste süsteemide kui ka elutu looduse jaoks. Termodünaamika põhimõtted väidavad, et termodünaamiliseks süsteemiks võib nimetada igasugust seotud objektide kogumit. Erinevus on ainult objektide mõõtkavas ja arvus. Selliste süsteemide näideteks on meie keha rakud, süda või muud siseorganid. Ka kogu organism on mõnes mõttes termodünaamiline süsteem. Sellesse kategooriasse kuuluvad ka sellised hiiglaslikud objektid nagu biosfäär, ookeanid. Ja neile kehtivad samad termodünaamilise tasakaalu seadused.
