Главная    Почта    Новости    Каталог    Одноклассники    Погода    Работа    Игры     Рефераты     Карты
  
по Казнету new!
по каталогу
в рефератах

Термодинамика

возможен гораздо более глубокий анализ необратимых процессов .

5  ТРЕТЬЕ  НАЧАЛО  ТЕРМОДИНАМИКИ.

   Открытие третьего начала термодинамики связано с нахождением  химического
средства  -  величины  ,  характеризующих  способность   различных   веществ
химически реагировать друг с другом . Эта величина определяется  работой   W
химических сил при реакции . Первое и второе начало термодинамики  позволяют
вычислить  химическое  средство   W   только  с   точностью   до   некоторой
неопределенной функции . Чтобы определить эту функцию нужны в  дополнении  к
обоим началам термодинамики новые опытные данные о свойствах тел  .  Поэтому
Нернстоном   были   предприняты   широкие   экспериментальные   исследования
поведение веществ при низкой температуре .
   В результате  этих  исследований  и  было  сформулировано  третье  начало
термодинамики :  по мере  приближения  температуры  к  0 К  энтропия  всякой
равновесной системы  при  изотермических  процессах  перестает  зависить  от
каких-либо термодинамических параметров состояния и в  пределе  (  Т=  0  К)
принимает одну и туже для всех систем универсальную  постоянную  величину  ,
которую можно принять равной нулю .
   Общность этого утверждения  состоит  в  том  ,  что  ,  во-первых  ,  оно
относится  к  любой  равновесной  системе  и  ,  во-вторых  ,  что  при    Т
стремящемуся к  0 К   энтропия  не  зависит  от  значения  любого  параметра
системы. Таким образом по третьему началу,

                  lin [ S (T,X2) - S (T,X1) ] = 0              (1.12)
или
                  lim [ dS/dX ]T = 0      при   Т ( 0      (1.13)

где  Х - любой термодинамический параметр (аi или Аi).
   Предельно значение энтропии , поскольку оно одно и тоже для  всех  систем
, не имеет никакого физического смысла  и  поэтому  полагается  равным  нулю
(постулат Планка). Как показывает статическое рассмотрение этого  вопроса  ,
энтропия по своему существу определена с точностью до  некоторой  постоянной
(подобно, например, электростатическому потенциалу системы зарядов  в  какой
либо точке поля). Таким образом  ,  нет  смысла  вводить  некую  «абсолютную
энтропию», как это делал Планк и некоторые другие ученые.


                                   ГЛАВА 2

  ОСНОВНЫЕ  ПОНЯТИЯ  И  ПОЛОЖЕНИЯ  СИНЕРГЕТИКИ.
         САМООРГАНИЗАЦИЯ  РАЗЛИЧНЫХ  СИСТЕМ.

         Около 50 лет назад в  результате  развития  термодинамики  возникла
      новая дисциплина - синергетика. Являясь наукой о самоорганизации самых
      различных  систем  -  физических  ,  химических  ,   биологических   и
      социальных - синергетика показывает  возможность  хотя  бы  частичного
      снятия междисциплинных барьеров не только внутри  естественно  научной
      отросли знания , но так же и между естественно научной и  гумонитарной
      культурами .

   Синергетика занимается изучением систем , состоящих из  многих  подсистем
самой различной природы , таких , как электроны , атомы , молекулы ,  клетки
, нейтроны , механические элементы , фотоны  ,  органы  ,  животные  и  даже
люди.
   При выборе математического аппарата  необходимо  иметь  ввиду  ,  что  он
должен быть применим к проблемам , с которыми сталкиваются физик ,  химик  ,
биолог , электротехник и инженер механик.  Не  менее  безотказно  он  должен
действовать и в области экономики , экологии и социологии .
   Во всех этих случаях нам придется рассматривать системы  ,  состоящие  из
очень  большого  числа  подсистем  ,  относительно  которых  мы   можем   не
располагать всей полной информацией . Для описания  таких  систем  не  редко
используют подходы , основанные на термодинамики и теории информации.
   Во всех системах , представляющих  интерес  для  синергетики  ,  решающую
роль играет динамика. Как и  какие  макроскопические  состояния  образуются,
определяются скоростью  роста  (или  распада)  коллективных  «мод»  .  Можно
сказать что в определенном смысле мы  приходим  к  своего  рода  обобщенному
дарвенизму , действие которого распознается не только на органический ,но  и
на   неорганический   мир   :   возникновение   макроскопических    структур
обусловленных рождением коллективных мод под воздействием  флуктуаций  ,  их
конкуренцией и  ,  наконец,  отбором  «наиболее  приспособленной»  моды  или
комбинации таких мод.
   Ясно, что решающую роль играет параметр  «время»  .  Следовательно  ,  мы
должны исследовать эволюцию систем во времени . Именно поэтому  интересующие
нас уравнения иногда называют «эволюционными».

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ.

   Открытые системы - это термодинамические системы ,  которые  обмениваются
с окружающими телами ( средой ) , веществом , энергией и  импульсом  .  Если
отклонение  открытой  системы  от  состояния  равновесия   невелико   ,   то
неравновесное состояние можно описать теми  же  параметрами  (температура  ,
химический потенциал и другие) ,  что  и  равновесное  .  Однако  отклонение
параметров от равновесных значений вызывают  потоки  вещества  и  энергии  в
системе .  Такие  процессы  переноса  приводят  к  производству  энтропии  .
Примерами открытых систем являются : биологические системы , включая  клетку
, системы обработки информации в кибернетике  ,  системы  энергоснабжения  и
другие . Для поддержания жизни в системах от клетки  до  человека  необходим
постоянный обмен энергией и веществом с окружающей  средой  .  Следовательно
живые организмы являются  системами  открытыми  ,  аналогично  и  с  другими
приведенными  параметрами.  Пригожиным  в  1945   году   был   сформулирован
расширенный вариант термодинамики.
   В открытой  системе  изменение  энтропии  можно  разбить  на  сумму  двух
вкладов :
                    d S = d Se + d Si              (2.1)
   Здесь  d Se   -   поток  энтропии  ,  обусловленный  обменом  энергией  и
веществом с окружающей средой ,   d  Si   -   производство  энтропии  внутри
системы  (рис. 2.1).

                                    [pic]
            Рис. 2.1.  Схематическое представление открытых
            систем : производство и поток энтропии.
                Х - набор характеристик :
                С - состав системы и внешней среды ;
                Р - давление ;       Т - температура.

   Итак , открытая система отличается  от  изолированной  наличием  члена  в
выражении для изменения энтропии , соответствующего обмену . При  этом  знак
члена  d Se  может быть любым в отличии от  d Si .
   Для неравновесного состояния :
                                  S < Smax
   Неравновесное состояние более высокоорганизованно  ,  чем  равновесное  ,
для которого
                                  S = Smax
   Таким образом эволюцию к более высокому  порядку  можно  представить  как
процесс , в котором система достигает состояния с более низкой энтропией  по
сравнению с начальной .
   Фундаментальная теорема о производстве  энтропии  в  открытой  системе  с
независимыми от времени краевыми условиями была  сформулирована  Пригожиным:
в линейной  области  система  эволюционирует  к  стационарному  состоянию  ,
характеризуемому  минимальным  производством  энтропии   ,   совместимым   с
наложенными граничными условиями .
   Итак  состояние  всякой  линейной  открытой  системы  с  независящими  от
времени  краевыми  условиями  всегда  изменяется  в  направлении  уменьшения
производства энтропии  P = d S / d t  пока  не  будет  достигнуто  состояние
текущего равновесия , при котором производство энтропии минимально :
                   d P < 0             (условие эволюции)
         P = min  ,  d P = 0          (условие текущего равновесия)
                   d P/ d t < 0                     (2.2)


  1. ДИССИПАТИВНЫЕ  СТРУКТУРЫ.

   Каждая система состоит из элементов (подсистем) . Эти элементы  находятся
в  определенном  порядке  и  связаны  определенными  отношениями.  Структуру
системы можно назвать организацию элементов и характер связи между ними.
   В реальных  физических  системах  имеются  пространственные  и  временные
структуры .
   Формирование структуры -  это возникновение новых свойств и  отношений  в
множестве элементов системы  .  В  процессах  формирования  структур  играют
важную роль понятия и принципы :
  1. Постоянный отрицательный поток энтропии .
  2. Состояние системы в дали от равновесия .
  3. Нелинейность уравнений описывающих процессы .
  4. Коллективное (кооперативное) поведение подсистем .
  5. Универсальный критерий эволюции Пригожина - Гленсдорфа.
   Формирование структур при необратимых процессах  должно  сопровождаться
качественным  скачком  (фазовым  переходом)  при  достижении   в   системе
критических значений параметров.  В  открытых  системах  внешний  вклад  в
энтропию (2.1)  d S   в  принципе  можно  выбрать  произвольно  ,  изменяя
соответствующим образом параметры системы и свойства окружающей среды .  В
частности энтропия может уменьшаться за счет отдачи  энтропии  во  внешнюю
среду , т.е. когда  d S  <  0 . Это может происходить ,  если  изъятие  из
системы в единицу времени превышает производство энтропии внутри системы ,
то есть



                    d S                           dSe        dSi
                     (    <   0 ,  если      (    >   (   >  0       (2.3)
                     d t                             dt          dt
   Чтобы начать формирование структуры , отдача  энтропии  должна  превысить
некоторое  критическое  значение  .  В   сильно   неравновесном   расстоянии
переменные системы удовлетворяют нелинейным уравнениям .
   Таким образом , можно выделить два основных класса необратимых  процессов
:
  1. Уничтожение структуры вблизи положения равновесия .  Это  универсальное
     свойство систем при произвольных условиях .
  2. Рождение структуры вдали от равновесия в открытой  системе  при  особых
     критических внешних условиях и при нелинейной внутре
12345След.
скачать работу

Термодинамика

 

Отправка СМС бесплатно

На правах рекламы


ZERO.kz
 
Модератор сайта RESURS.KZ