Timpurile primare ale unei celule vii de obținere, transformare și utilizare a energiei pentru a efectua muncă pot părea simple. Cu toate acestea, a doua lege a termodinamicii explică de ce aceste sarcini sunt mai dificile decât par. Niciunul dintre transferurile de energie pe care le-am discutat, împreună cu toate transferurile și transformările de energie din univers, nu este complet eficient. În fiecare transfer de energie, o anumită cantitate de energie este pierdută într-o formă care nu poate fi utilizată. În cele mai multe cazuri, această formă este energia termică. Din punct de vedere termodinamic, energia termică este definită ca fiind energia transferată de la un sistem la altul care nu prestează muncă. De exemplu, atunci când un avion zboară prin aer, o parte din energia avionului care zboară se pierde sub formă de energie termică din cauza frecării cu aerul din jur. Această frecare încălzește de fapt aerul prin creșterea temporară a vitezei moleculelor de aer. În mod similar, o parte din energie se pierde sub formă de energie termică în timpul reacțiilor metabolice celulare. Acest lucru este bun pentru creaturile cu sânge cald precum noi, deoarece energia termică ajută la menținerea temperaturii corpului nostru. Strict vorbind, nici un transfer de energie nu este complet eficient, deoarece o parte din energie se pierde într-o formă inutilizabilă.

Figura 1. Entropia este o măsură a hazardului sau a dezordinii dintr-un sistem. Gazele au o entropie mai mare decât lichidele, iar lichidele au o entropie mai mare decât solidele.

Un concept important în sistemele fizice este cel de ordine și dezordine (cunoscut și sub numele de aleator). Cu cât mai multă energie este pierdută de un sistem în mediul înconjurător, cu atât sistemul este mai puțin ordonat și mai aleatoriu. Oamenii de știință se referă la măsura caracterului aleatoriu sau a dezordinii dintr-un sistem ca fiind entropie. O entropie ridicată înseamnă dezordine ridicată și energie scăzută (Figura 1). Pentru a înțelege mai bine entropia, gândiți-vă la dormitorul unui elev. Dacă nu s-ar depune nicio energie sau muncă în el, camera ar deveni rapid dezordonată. Aceasta ar exista într-o stare foarte dezordonată, una de entropie ridicată. Trebuie să se pună energie în sistem, sub forma studentului care lucrează și pune totul deoparte, pentru a readuce camera la o stare de curățenie și ordine. Această stare este una de entropie scăzută. În mod similar, o mașină sau o casă trebuie să fie întreținută în mod constant prin muncă pentru a o menține într-o stare ordonată. Lăsată în pace, entropia casei sau a mașinii crește treptat prin rugină și degradare. Moleculele și reacțiile chimice au, de asemenea, cantități variabile de entropie. De exemplu, pe măsură ce reacțiile chimice ajung la o stare de echilibru, entropia crește, iar pe măsură ce moleculele aflate la o concentrație mare într-un loc se difuzează și se împrăștie, entropia crește și ea.

Toate sistemele fizice pot fi gândite în acest fel: Ființele vii sunt foarte ordonate, necesitând un aport constant de energie pentru a fi menținute într-o stare de entropie scăzută. Pe măsură ce sistemele vii preiau moleculele care stochează energie și le transformă prin reacții chimice, ele pierd o anumită cantitate de energie utilizabilă în acest proces, deoarece nicio reacție nu este complet eficientă. De asemenea, ele produc deșeuri și subproduse care nu sunt surse de energie utile. Acest proces crește entropia mediului înconjurător al sistemului. Deoarece toate transferurile de energie duc la pierderea unei cantități de energie utilizabilă, cea de-a doua lege a termodinamicii afirmă că fiecare transfer sau transformare de energie crește entropia universului. Chiar dacă ființele vii sunt foarte bine ordonate și mențin o stare de entropie scăzută, entropia universului în total crește constant din cauza pierderii de energie utilizabilă cu fiecare transfer de energie care are loc. În esență, ființele vii se află într-o luptă continuă împotriva acestei creșteri constante a entropiei universale.

Contribuie!

Îmbunătățiți această paginăÎnvățați mai mult

.