健康管理師三級：研究能量傳遞規(guī)律的熱力學(xué)定律

    能量是生態(tài)系統(tǒng)的動力，是一切生命活動的基礎(chǔ)。一切生命活動都伴隨著能量的變化，沒有能量的轉(zhuǎn)化，也就沒有生命和生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)的重要功能之一就是能量流動，能量在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的傳遞和轉(zhuǎn)化規(guī)律服從熱力學(xué)的兩個定律。

    （一）熱力學(xué)第一定律

    熱力學(xué)第一定律可以表述如下：“在自然界發(fā)生的所有現(xiàn)象中，能量既不能消滅也不能憑空產(chǎn)生，它只能以嚴格的當量比例由一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式”。因此熱力學(xué)第一定律又稱為能量守恒定律。

    依據(jù)這個定律可知，一個體系的能量發(fā)生變化，環(huán)境的能量也必定發(fā)生相應(yīng)的變化，如果體系的能量增加，環(huán)境的能量就要減少，反之亦然。對生態(tài)系統(tǒng)來說也是如此，例如，生態(tài)系統(tǒng)通過光合作用所增加的能量等于環(huán)境中太陽所減少的能量，總能量不變，所不同的是太陽能轉(zhuǎn)化為潛能輸入了生態(tài)系統(tǒng)，表現(xiàn)為生態(tài)系統(tǒng)對太陽能的固定。

    人們都知道，非生命自然界發(fā)生的變化都不必借助外力的幫助而能自動實現(xiàn)，熱力學(xué)把這樣的過程稱為自發(fā)過程或自動過程。例如，熱自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，直到兩者的溫度相同為止。而與此相反的過程都不能自發(fā)地進行，可見自發(fā)過程的共同規(guī)律就在于單向趨于平衡狀態(tài)，決不可能自動逆向進行?；蛘哒f任何自發(fā)過程都是熱力學(xué)的不可逆過程。應(yīng)當指出的是：不應(yīng)把自發(fā)過程理解為不可能逆向進行，問題在于是自動還是消耗外功，借助外功是可逆向進行的。例如，生態(tài)系統(tǒng)中復(fù)雜的有機物質(zhì)分解為簡單的無機物質(zhì)是一種自發(fā)過程，但無機物質(zhì)決不可能自發(fā)地合成為有機物質(zhì)，借助于外功太陽能卻可以實現(xiàn)，這就是光合作用，不過這不是自發(fā)或自動的。既然任何自發(fā)過程總是單向趨于平衡狀態(tài)，決不可能自動逆向進行，由此可以推測體系必定有一種性質(zhì)，它只視體系的狀態(tài)而定而與過程的途徑（或進行的方式）無關(guān)?？梢源笾麓蛞粋€比喻：假定有水位差的存在，水自動地從高水位流向低水位的趨向必定存在，但水流是快是慢顯然都不可能改變水向低水位方向流動的自發(fā)傾向。這就是說，要研究給定的始態(tài)和終態(tài)條件下自發(fā)過程的方向，可以不考慮過程的細節(jié)和進行的方式。為了判斷自發(fā)過程進行的方向和限度，可以找出能用來表示各自發(fā)過程共同特征的狀態(tài)函數(shù)。熵（entropy）和自由能就是熱力學(xué)中兩個最重要的狀態(tài)函數(shù)，它們只與體系的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)而與過程的途徑無關(guān)。

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