Под термодинамикой понимают раздел физики, рассматривающий системы (термодинамические системы), между которыми возможен обмен энергией, без учета микроскопического строения тел, составляющих систему. Различают термодинамику равновесных систем или систем, переходящих к равновесию (классическая, или равновесная, термодинамика, часто называемая просто термодинамикой), и термодинамику неравновесных систем (неравновесная термодинамика). Неравновесная термодинамика играет особую роль для рассмотрения биологических систем. В главе наряду с термодинамикой освещены также вопросы, связанные с использованием низких температур и нагретых сред для лечения, и элементы термометрии и калориметрии.
12.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕРМОДИНАМИКИ. ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ
Состояние термодинамической системы характеризуется физическими величинами, называемыми параметрами (объем, давление, температура, плотность и т.д.).
Если параметры системы при взаимодействии ее с окружающими телами не изменяются с течением времени, то состояние системы называют стационарным. Примерами таких состояний в течение небольшого отрезка времени являются состояние внутренней части работающего домашнего холодильника, состояние тела человека, состояние воздуха в отапливаемом помещении и т.д.
В разных частях системы, находящейся в стационарном состоянии, значения параметров обычно различаются: температура в разных участках тела человека, концентрация диффундирующих молекул в разных частях биологической мембраны и т.п. В системе, таким образом, поддерживаются постоянные градиенты некоторых параметров, с постоянной скоростью могут протекать химические реакции.
Стационарное состояние поддерживается за счет потоков энергии и вещества, проходящих через систему. Схематически на рис. 12.1, а показано стационарное состояние, температура неодинакова в разных точках системы (1 и 2). Ясно, что в стационарном состоянии могут на-