ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
7
В первом определении акцент сделан на структуре, как отражении внутреннего
строения системы. Во втором внимание заостряется на границе системы, которая может
быть как материальной (стенка сосуда), так и воображаемой, проведенной в пространстве
мысленно. Граница может быть проницаемой или непроницаемой для вещества, через нее
может быть возможен или невозможен обмен
энергией, если возможен, то в какой форме
и т.д.
Для дальнейшего рассмотрения учебного материала необходимо дать определение
такому основополагающему понятию, как термодинамическое равновесие.
В этом состоянии нет градиентов температуры, плотности и каких-то других
характеристик. В определении равновесного состояния требование изолированности
системы существенно. Если система не изолирована, то возможно стационарное
состояние, которое не является равновесным.
Перспективы развития системы зависят от условий ее нахождения относительно
равновесного состояния. Например, для биологической системы термодинамическое
равновесие – это
смерть. Обратимся к схеме 1.2.1, представляющей различные варианты
эволюции молекулярных систем.
1.2.1
Молекулярные системы
Вблизи
термодинамического
равновесия
Удалены от термодинамического
равновесия
Диссипативные структуры
Замкнутые Открытые
Сложная эволюция. Возможна
самоорганизация – возникновение
упорядоченных структур.
Множественность траекторий развития.
Примеры: химические соединения,
астрофизические объекты, биологические
системы.
Термодинамическое равновесие – это стационарное состояние изолированной
системы, в котором ее макроскопические параметры сохраняют свои постоянные
значения во времени и в занимаемом системой пространстве.
Самопроизвольная эволюция связана с
дезорганизацией и беспорядком. Хаос
достигает своего максимального
значения.
Состояние изолированной системы,
полученное таким путем, соответствует
термодинамическому равновесию.
Нарушение изоляции системы со
«слабым» обменом энергией или
веществом приводит к хорошо
предсказуемым процессам.
8
Предметная область нашей дисциплины ограничивается левым полем схемы 1.2.1, «в
равновесии и вблизи термодинамического равновесия», за исключением некоторых
вопросов физики атмосферы Земли. В качестве примера самоорганизации в физической
системе рассмотрим процесс теплопередачи в пластинках Рэлея-Бенара. Это стеклянные
пластинки, между которыми заключен тонкий слой вязкой жидкости.
В слое силиконового масла, подогреваемого снизу, при определенных условиях
(∆T>∆T
кр
) могут образоваться шестиугольные ячейки Бенара (рис.1).
Конвективный поток тепла поднимается вертикально вверх
вдоль оси ячейки. Затем равномерно растекается от центра к
периферии верхней грани и далее по боковым граням вниз к
горячей подложке. Весь слой масла становится
самоорганизованной структурой из подобных ячеек. Размеры ячеек
могут достигать десятков миллиметров. Этот пример
демонстрирует, что неравновесность может быть источником
порядка.
Рис.1
Теплопередача в пластинках Рэлея-Бенара
Вблизи термодинамического
равновесия
Удалены от термодинамического
равновесия
Т
1
>T
2
∆T<∆T
кр
Механизм теплопередачи в жидкости –
теплопроводность или тепловая
диффузия.
Хаос с «эстафетным» механизмом
передачи энергии от молекулы к
молекуле, от слоя к слою.
Т
1
>T
2
∆T≥∆T
кр
Самоорганизация – коллективное
круговое движение жидкости.
Образование структуры в виде
регулярных «валов». Конвективный
механизм теплопередачи.
Дисциплины,
изучающие свойства молекулярных систем
• Статистическая
физика
• Термодинамика
• Статистическая теория
• Неравновесная
термодинамика
• Синергетика
Вблизи термодинамического
равновесия
Удалены от термодинамического
равновесия
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- …
- следующая ›
- последняя »
