Неравновесных процессов

В НЕРАВНОВЕСНЫХ ПРОЦЕССАХ

Рис. 3.8. К определению изменения энтропии в неравновесных процессах

Ранее было показано, что для равновесных процессов справедливо соотношение ds = f>q/T. Разобранный пример достаточно наглядно показывает, что в неравновесных процессах ds>f>q/T, если 6<7 — количество подведенной к системе или отведенной от нее теплоты, а Т — температура источника теплоты. Обе записи являются аналитическими выражениями второго закона термодинамики:

ds>bq/T — в неравновесных процессах.

Основываясь на втором начале термодинамики, установим количественное соотношение между работой, которая могла бы быть совершена системой при данных внешних условиях в случае протекания в ней равновесных процессов, и действительной работой, производимой в тех же условиях, при неравновесных процессах.

Действительное количество работы, произведенной в этих же условиях, но при неравновесных процессах, определяется уравнением (3.18).

3.6. Изменение энтропии в неравновесных процессах ...........

Таким образом, можно считать, что точки бифуркаций системы в виде деформируемого твердого тела контролируются золотой пропорцией. Последнее указывает на универсальность и уникальность золотого отношения и в физико-химических неравновесных процессах, протекающих в твердых телах и связанных с критическими точками.

Результаты исследований позволяют объяснить эффект безызнос-ности на основе законов неравновесной термодинамики и теории образования структур при неравновесных процессах. Согласно термодинамике неравновесных процессов новые структуры могут появляться в природе в тех случаях, когда выполняются следующие четыре необходимых условия: 1) система является термодинамически открытой, т.е. может обмениваться веществом и (или) энергией со средой; 2) динамические уравнения системы нелинейны; 3) отклонение от равновесия превышает критическое значение; 4) микроскопические процессы происходят коопе-рированно (согласованно) [59, 71]. Названные условия могут быть реализованы в некоторых трибосистемах, которые при определенных условиях обладают свойствами открытых термодинамических систем, а микроскопические физико-химические процессы при трении происходят кооперирование и ведут к возникновению и самоорганизации структур, связанных с производством отрицательной энтропии и увеличением упорядоченности системы. Установлено, что свойства открытой термодинамической системы и самоорганизация структур присущи трибо-системам в условиях избирательного переноса при трении.

71. Эбелинг В. Образование структур при неравновесных процессах: Пер. с нем. М.: Наука, 1969. 270с.

Таким образом, можно считать, что точки бифуркаций системы в виде деформируемого твердого тела контролируются золотой пропорцией. Последнее указывает на универсальность и уникальность золотого отношения и в физико-химических неравновесных процессах, протекающих в твердых телах и связанных с -критическими точками. (На этом вопросе мы остановимся подробнее в гл. 8.)

Рассмотрим принципиальные отличия неравновесных процессов от равновесных на примере расширения газа в цилиндре под поршнем (рис. 3.8), получающего теплоту 6<7 от источника с температурой Т\ и совершающего работу против внешней силы Р, действующей на поршень.

Самопроизвольные (а значит, и неравновесные) процессы в изолированной системе всегда приводят к увеличению энтропии. Это положение представляет собой наиболее общую формулировку второго начала термодинамики для неравновесных процессов, известную под названием принципа возрастания энтропии.

Уравнение баланса энтропии в термодинамике неравновесных процессов занимает одно из центральных мест. Оно предполагает, что энтропия элементарного объема S - функция состояния этого объема и для нее применимы уравнения классической термодинамики [2]. Обычно уравнение баланса энтропии записывают в виде:

Основными уравнениями термодинамики неравновесных процессов являются [7]:

2) закон сохранения импульса в термодинамике неравновесных процессов записывается на основе учета изменения импульса элементарного объема, которое может происходить за счет сил, проявляющихся вследствие градиента внутренних напряжений в среде I, и внешних сил I. Применение закона сохранения импульса к гидродинамической скорости позволяет получать основные уравнения гидродинамики.

Г.П. Гладышев [2] показал, что дискретность строения природных структур позволяет выделить системы и подсистемы, а их поведение описать равновесными и неравновесными моделями. Это дает возможность сочетать подходы, основанные на классической термодинамике и термодинамике неравновесных систем. Такое сочетание получило название макротермодинамики, изучающей системы любого типа с использованием методов термостатики и неравновесной термодинамики. Классическая термодинамика (термостатика) не оперирует временем как параметром. Однако она имеет то преимущество, что использует термодинамический потенциал, обладающий высокой информативностью и характеризующий экстремальные свойства. Термодинамика необратимых процессов, наоборот, оперирует со временем, но требует для описания неравновесных процессов существенно большее число переменных по сравнению с соответствующим равновесным процессом, фиксируя свое внимание на эффектах неустойчивости.

Наличие локального порядка в структуре аморфного состояния полимеров определяется термодинамической неравновесностью последней и поэтому степень локального порядка (р,щ характеризует уровень нерпвновновесности структуры. В свою очередь, фрактальные структуры формируются в результате неравновесных процессов и поэтому между фкл и фрактальной размерностью структуры df полимеров следует ожидать корреляции. Как было обнаружено, кластерная структура полимера, состоящая из областей локального порядка (кластеров) с долей фю, является перколяционной системой, которая подчиняется соотношению, общему для большого числа полимеров:

неравновесных процессов, ведущих ее к необратимому изменению.

Уравнение баланса энтропии в термодинамике неравновесных процессов занимает одно из центральных мест. Оно предполагает, что энтропия элементарного объема S - функция состояния этого объема и для нее применимы уравнения классической термодинамики [2]. Обычно уравнение баланса энтропии записывают в виде

Основными уравнениями термодинамики неравновесных процессов являются [7]:

2) закон сохранения импульса в термодинамике неравновесных процессов записывается на основе учета изменения импульса элементарного объема, которое может происходить за счет сил, проявляющихся вследствие градиента внутренних напряжений в среде I, и внешних сил I. Применение закона сохранения импульса к гидродинамической скорости позволяет получать основные уравнения гидродинамики;