Законы термодинамики. Термодинамические потенциалы. Термодинамика линейных процессов

Законы термодинамики.
Cогласно I закону термодинамики, количество теплоты Q, поглощенное системой из внешней среды, идет на увеличение её внутренней энергии dU и совершение общей работы A, которая включает в себя работу против сил внешнего давления Р по изменению объема dV системы:
Q = dU + A,
При этом полезно ввести новую функцию состояния - энтальпию Н, соответствующую теплосодержанию системы: H = U + pV, или
dH = dU + pdV
Новая функция лежит в основе закона термохимии (закона Гесса), согласно которому тепловой эффект химической реакции Q не зависит от пути реакции от исходных веществ к продуктам реакции, а определяется лишь разностью энтальпий конечных и исходных веществ. С помощью этого закона можно точно рассчитать тепловой эффект сложной биохимической реакции в организме, не имея полной картины ее стадий, а имея данные только об исходных и конечных продуктах. Закон Гесса используется также для вычисления калорийности отдельных пищевых продуктов.
Опытная проверка I закона термодинамики проводилась в специальных калориметрах, где измеряется теплота, выделенная организмом в процессе метаболизма, путем испарения, а также с продуктами выделения. Поступающие в организм питательные вещества распадаются с высвобождением заключенной в них свободной энергии, которая используется для поддержания жизнедеятельности. Опыты проводились в условиях протекания основного обмена на сравнительно коротком промежутке времени, когда не происходит накопления биомассы и не соверщается значительная работа. Оказалось, что выделенная организмом теплота (1859 ккал) полностью соответствует энергии, заключенной в поглощенных питательных веществах (1879 ккал). Справедливость I закона термодинамики означает, что сами по себе организмы не являются независимым источником какой-либо энергии.
Второй закон термодинамики дает критерий направленности самопроизвольных необратимых процессов. В рамках II закона всякое изменение состояния системы описывается соответствующим изменением особой функции состояния - энтропии S, которая определяется суммарной величиной поглощенной системой приведенных теплот Q/T и, является мерой беспорядка в системе.
В изолированных системах Q = 0 и, следовательно: dS  0.
В этом и состоит эволюционный критерий направленности необратимых изменений в изолированных системах, которые всегда идут в направлении увеличения энтропии до ее максимальных значений, которые устанавливаются по завершении процесса и установлении термодинамического равновесия. Увеличение энтропии означает снижение упорядоченности системы, её хаотизацию.