Termodynamika úvodní stránka

Energie

  

Teplota

  Přenos tepla   Fázové přechody   Entropie  
Vnitřní energie a její změny   Teplota a život   2. TZ a tepelná kapacita   Fázové přechody   Minimální produkce entropie
Zdroje energie   Rychlost chemické reakce   Kondukce   Konvekce   Tání a krystalizace   Disipativní struktury
Výkon a allometrie       Radiace   Vypařování a kondenzace    
 

Druhý termodynamický zákon

Mezi teplejším a chladnějším tělesem (částmi systému) probíhá přenos tepla samovolně z teplejšího na chladnější dokud se jejich teplota nevyrovná. Přenos může probíhat vedením (kondukcí), prouděním (konvekcí), zářením (radiací). Zákon lze vyjádřit pomocí veličiny entropie (vyjadřující neuspořádanost systému), která v izolovaném systému roste a svého maxima dosáhne v rovnovážném stavu.

Důsledkem 2. TZ je mimo jiné skutečnost, že se nikdy nepřemění 100% energie na práci - vždy alespoň část energie se změní na teplo. Toho využívají endotermní živočichové s intenzivním metabolismem a tepelně izolačními vrstvami, kdy vzniká dostatečné množství tepla k udržení stálé tělesné teploty nad 30°C. 

Při stejných a vyšších teplotách vzduchu, než je teplota našeho těla, nemůžeme kvůli 2. termodynamickému zákonu zabránit přehřátí přenosem tepla. Hlavním mechanizmem regulace tělesné teploty se pak stává ztráta skupenského tepla vypařováním při pocení (to neplatí při vysoké vlhkosti okolního vzduchu např. v tropech). 

Živé organizmy jsou otevřené systémy a změna entropie zde může lokálně klesat a souvisí se zvýšením uspořádanosti.

Tepelná kapacita

Při tepelné výměně mohou tělesa přijímat nebo odevzdávat teplo v různé míře.  Přijaté teplo je úměrné hmotnosti tělesa a přírůstku teploty. Mírou úměrnosti je měrná tepelná kapacita c:

pro vodu, která tvoří podstatnou část těla organizmů je c = 4,2 kJ / kg.K. Měrná tepelná kapacita závisí na teplotě.

Závislost odevzdaného či přijatého tepla na hmotnosti živočicha nám vysvětluje proč velcí živočichové jsou méně náchylní k teplotním změnám než živočichové malí. Velcí živočichové jsou schopni akumulovat více tepla. Při ochlazení okolí,  kvůli omezené rychlosti přenosu tepla, klesá teplota jejich těla pomaleji než u malých živočichů. Malí živočichové mají navíc relativně větší povrch, což umožňuje rychlejší přenos tepla a tedy větší tepelné ztráty.

Mezi živými organizmy a okolím probíhá neustále výměna tepla. Jejich životní funkce jsou možné v užším rozsahu teplot než jaké jsou teploty na Zemi. Proto více či méně regulují výměnu tepla s okolím. Endotermní živočichové se snaží zabránit ztrátě tepla do okolí, ektotermní zase co nejvíce tepla z okolí využít.

 

Velikost těla příbuzných endotermních živočichů (Bergmanovo pravidlo)