Живі організми, як відкриті термодинамічні системи

ds / dt = dSi / dt + dSe / dt

Як видно, два компоненти грають роль в процесі виробництва ентропії у відкритій системі : показник виробництва ентропії в системі і показник зміни ентропії через енергообмін з навколишнім середовищем. Згідно з другим законом термодинаміки , перший компонент завжди позитивний. Другий компонент може бути як позитивним, так і негативним залежно від напрямку енергетичного обміну через кордон системи .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Стаціонарний  стан відкритої системи

Стан системи називається  стаціонарним , якщо величина ентропії не змінюється в часі, тобто dS = 0. Це можливо , коли виробництво ентропії в системі повністю компенсується ентропією, що виходить із системи ( dSi = - dSe ).

Стаціонарний стан відкритої системи має схожість з термодинамічною рівновагою, оскільки обидва стани характеризуються стійкістю характеризують їх параметри стану . Але стаціонарний стан істотно відрізняється від стану рівноваги, оскільки обмінюється енергією з навколишнім середовищем: кількість вільної енергії в системі необхідно підтримувати. Ентропія системи в стаціонарному стані - стабільна, але не максимальна . Градієнти та потоки зберігаються в системі.

Основна характеристика стаціонарного  стану визначена теоремою Пригожина , згідно з якою виробництво ентропії в стаціонарному стані мінімальна                     ( dS = min ). Це означає, що система розсіює мінімальну енергію в середу і потребує мінімального надходженні вільної енергії для підтримки свого стану.

Теорема Пригожина пояснює  стійкість стаціонарних станів у відкритих системах. Якщо система виходить з цього стану мимовільно, відбувається збільшення ентропії. У результаті в системі виникають процеси, які прагнуть повернути її в стаціонарний стан . 

Багато фізіологічних  параметрів є досить стабільними. Їх стаціонарний рівень регулюють спеціальні фізіологічні механізми. Як приклад підтримки стаціонарного стану можна привести терморегуляцію організму. Сталість температури забезпечується підтриманням балансу теплопродукції і тепловіддачі. У результаті температура тіла підтримується незмінною, незважаючи на коливання зовнішньої температури. Механізми, за допомогою яких живі організми підтримують гомеостаз , тобто статичні умови свого внутрішнього середовища, вивчає фізіологія.

 

 

 

 

 

 

Висновок

Термодинамічні відкриті системи активно взаємодіють із зовнішнім середовищем, причому спостерігач простежує цю взаємодію не повністю, вона характеризується високою невизначеністю. За певних умов така відкрита система може досягати стаціонарного стану, в якому її структура або найважливіші структурні характеристики залишаються постійними, тоді як система здійснює з середовищем обмін речовиною, інформацією або енергією - цей процес називається гомеостазом. Відкриті системи в процесі взаємодії з середовищем можуть досягати так званого еквіфінального стану, тобто стану, що визначається лише власною структурою системи і не залежного від початкового стану середовища. Такі відкриті системи можуть зберігати високий рівень організованості і розвиватися в бік збільшення порядку і складності, що є однією з найбільш важливих особливостей процесів самоорганізації.

Відкриті системи мають  важливе значення не тільки у фізиці, але і в загальній теорії систем, біології, кібернетиці, інформатики, економіки. Біологічні, соціальні та економічні системи необхідно розглядати як відкриті, оскільки їх зв'язку з середовищем мають першорядне значення при їх моделюванні та описі.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Використана література

• Квантовые случайные процессы и открытые системы / Сб. статей 1982-1984. Пер. с англ. — М.: Мир, 1988. — 223 с.
• Бройер Х.- П., Петруччионе Ф. Теория открытых квантовых систем. М.: РХД, 2010. - 824 с.
• Базаров И. П. Термодинамика. — М.: Высшая школа, 1991. — 376 с. — ISBN 5-06-000626-3
• Кубо Р. Термодинамика. М.: Мир, 1970