В современной термодинамике рассматриваемые термодинамические системы являются условным понятием, представляющими собой совокупность макроскопических объектов (тел и полей), непрерывно обменивающихся энергией и веществом как друг с другом, так и с внешней средой, ограниченные действительными или воображаемыми границами, выбранными для анализа их внутренних термодинамических параметров.

Состояние внешней среды вокруг термодинамических систем непрерывно меняется в результате непрерывного движения макроскопических объектов термодинамических систем в пространстве. В связи с этим термодинамические процессы этих систем так же непрерывно меняются – от слабо неравновесных к сильно неравновесным, вплоть до фазовых переходов, в результате которых создаются новые потоки энергии и вещества.

Если между двумя термодинамическими системами существует градиент температур, то между ними возникнет поток энергии, направленных от более нагретой системы к менее нагретой. При установившемся термодинамическом процессе, например между бесконечно большими термодинамическими системами, состояние которых практически не зависит от времени,   он может быть описан уравнением теплопроводности Фурье:

uде J_q - вектор потока тепла — количество энергии, проходящей через единицу площади  (плотность потока энергии) в единицу времени, перпендикулярной  оси x , k — коэффициент теплопроводности, T — температура.

В случае неустановившегося термодинамического процесса, при котором  две термодинамические системы I и II с начальными температурами  соответственно T₁ и T₂, обмениваются между собой тепловой энергией, и при этом температура указанных систем соответственно меняется, последний может быть описан уравнением 

Отсюда:

Из (3) следует: 

1) макрообъекты термодинамических систем непрерывно стремятся к термодинамическому равновесию, но никогда его не достигают;

2) термодинамические системы, между которыми происходит обмен энергией, всегда находятся в неустойчивом неравновесном термодинамическом состоянии.

Таким образом, тепловая энергия каждой из указанных двух термодинамических систем может быть представлена в виде:

где Q_lim – величина тепловой энергии равновесного состояния термодинамической системы, к которой она стремится, ΔQ(t)  - остаточная тепловая энергия неравновесного состояния термодинамической системы, участвующая в обмене энергией.

Однако харошо известны термодинамические системы, в которых, в отличие от приведенных выше, происходит не обмен энергией, а преобразование одних видов энергии в другие. К таким системам можно отнести системы, в которых происходят химические реакции, различные виды двигателей: тепловые, внутреннего сгорания, электрические и другие, а так же живые организмы.

В установившемся процессе функционирования этих термодинамических систем их работа, в соответствии со 2-м началом термодинамики, сопровождается постоянным выделением либо поглощением тепловой энергии.

При этом внутренняя тепловая энергия этих систем не меняется:

а их термодинамическое состояние можно определелить как неравновесное устойчивое:

где  W_к – преобразуемая энерегия, Q_T – тепловая энергия, выделяемую в окружающую среду.

Таким образом, указанные системы в процессе их функционирования всегда находятся в устойчивом неравновесном термодинамическом состоянии.

Исходя из изложенного, можно утверждать, что существует два типа термодинамических процессов:

-  пассивный, при котором происходит получение или отдача энергии. При этом материя находится в неустойчивом неравновесном термодинамическом состоянии;

- активный, при котором материей осуществляется преобразование энергии, сопровождающийся выделением тепловой энергии. При этом материя находится в устойчивом неравновесном термодинамическом состоянии.

Литература

1. Бауэр Э.С. Теоретическая биология. СПб.: Росток, 2002. - 352 с.

2. Доброборский Б.С. Общая теория систем «человек – машина». СПб.: И.Д. Петрополис. - 2008. - 126 с..

3. Пригожин И., Кондепуди Д. Современная термодинамика. От тепловых двигателей до диссипативных структур., пер. с англ. М., Мир. 2002. – 462 с.