Законы термодинамики. Термодинамические потенциалы. Термодинамика линейных процессов

Сопряжение процессов. Любой самопроизвольный процесс идет в сторону уменьшения свободной энергии G. Так при гидролизе АТФ до АДФ идет значительное понижение G (разрыв "макроэргических связей"). В живой клетке идет множество реакций (биосинтезы, активный транспорт веществ), сопровождающихся увеличением свободной энергии. Они не могут идти самопроизвольно и протекают за счет сопряжения с другими химическими реакциями, где G<0. Энергопреобразующими устройствами для сопряжения процессов служат в частности АТФазные комплексы. В биологических системах наиболее важными сопряженными потоками являются потоки вещества и электрических зарядов.
Термодинамика открытых систем вблизи равновесия.
Для равновесной термодинамики основным критерием (аттратор Клаузиуса) является стремление энтропии к максимуму. Имеется ли какой-то аттрактор, характерный для открытых систем вблизи равновесия?
Согласно теореме И.Пригожина, в стационарном состоянии при фиксированных внешних параметрах скорость продукции энтропии стремится к минимальному значению (скорость продукции S постоянна во времени и минимальна по величине). Это и есть так называемый аттрактор Пригожина. Иными словами, по мере приближения к стационарному состоянию скорость образования энтропии внутри открытой системы монотонно уменьшается, постепенно приближаясь к своему минимальному положительному значению. В этом состоит критерий направленности необратимых процессов в открытых системах, находящихся вблизи равновесия, где справедливы соотношения Онзагера, устанавливающие взаимосвязь между движущими силами и скоростями. Между движущими силами и потоками существует определенная взаимосвязь, при которой увеличение либо уменьшение движущей силы вызывает соответствующее увеличение либо уменьшение скорости процесса. В биологических системах одновременно протекает множество потоков, которые могут влиять друг на друга. Если система рассматривается вблизи равновесия, в котором величины движущих сил и потоков очень малы, то между ними имеется прямая пропорциональная зависимость.
Критерием возможности сопряжения потоков является положительное значение диссипативной функции:

Диссипативная функция как критерий сопряженности процессов выражает тепловое рассеивание энергии.
В биологических системах происходит преобразование одного вида энергии в другой вид. Например, химическая энергия превращается в электрическую (нервные пути), в механическую (мышцы), в световую (биолюминесценция светляка); световая энергия переходит в химическую (хлоропласты), в электрическую (сетчатка глаза); механическая энергия преобразуется в электрическую (улитка внутреннего уха).
Важно подчеркнуть, что биологические системы находятся вдали от равновесия, где соотношения взаимности не проявляются. В таких условиях в стационарных состояниях, далеких от равновесия, теорема Пригожина несправедлива, при этом в системе может устанавливаться режим автоколебаний, несвойственных условиям линейной термодинамики.