химический каталог




Термодинамическая теория структуры, устойчивости и флуктуаций

Автор П.Гленсдорф, И.Пригожин

астей, в каждой из которых реализуется или пространственная

структура или временной режим типа режима предельных циклов. Переход из одной области в другую достигается небольшим изменением химического параметра В или коэффициента диффузии DY. Таким образом, рис. 15.1 является некоторого рода неравновесной фазовой диаграммой.

Наибольший интерес представляет переход системы в неоднородное стационарное состояние. Типичная картина такого перехода изображена на рис. 15.2. Однородное стационарное состояние, в котором Xi — Х2 = 2 и Yj = Y2 = 2,62, возмущается малой флуктуацией Y2— Yi = 0,04. На рис. 15.2 ясно видно, как это начальное возмущение усиливается до тех пор, пока система не достигнет неоднородного стационарного состояния. Конечная конфигурация

системы (15.35) существенно зависит от природы начального возмущения. Аутокатализ служит здесь определяющим фактором.

Рис.

Действительно, концентрация X будет больше в том ящике, в котором флуктуация индуцирует увеличение скорости аутокаталитического звена. Напри5Ы

мер, если мы предположим, что возмущения (л:, у) положительны и таковы, что

§

я-а А. 6

а-v

?8

Xt + х, Yt + у, Х2-х, Y2-y, (15.38)

Расстояние (произвольные единицы)

Рис. 15.4. Стационарное распределение для серии из 100 ящиков с фиксированными на границах концентрациями X = 2 и Y — 2,62.

то будет достигнута конфигурация Xi > Х2, Yi < Y2. При таком подходе возникает статистическая ситуация. Кроме «причинных законов» (15.28) мы должны еще знать, в каком из ящиков возникла флуктуация. Это определяет выбор между двумя решениями (15.35) и последующую эволюцию системы. Этот выбор можно рассматривать как примитивную информацию, которую следует ввести в систему и которая наряду с причинными законами определяет дальнейшую эволюцию системы.

Отметим, что при Dy >? 3 система не может находиться в стационарном неоднородном состоянии. По истечении некоторого вре

мени в ней должны возникнуть осцилляции постоянной амплитуды, но при этом система будет оставаться пространственно-однородной. На рис. 15.3 показано, как начальное возмущение неоднородного стационарного состояния может привести к смене одного неоднородного состояния другим. Важно подчеркнуть, что малые флуктуации уже не могут привести к инверсии конфигураций. Инверсия возникает только в том случае, когда возмущения концентраций в стационарном состоянии имеют тот же порядок величины, что и разность концентраций межJ !

ду двумя ящиками, которая намного превосходит уровень «спонтанных» тепловых флуктуации. Вследствие этого переход системы из одной конфигурации в другую за счет случайных возмущений не реализуется.

аI

15.4.

Можно показать, что результаты, полученные на модели двух ящиков, справедливы и для моделей, в которых диффузия представлена более реалистично. Для уточнения мы исследовали распределение стационарных состояний в моделях с большим числом подсистем (рис. 15.4 и 15.5). Использовались следующие значения параметров: Dx = = 0,0016; Dy == 0,008; А = 2;

В ss= 5,24. В обоих случаях мы получаем последовательность областей, в которых доминирует или X, или Y. Мы имеем яркий пример диссипативной структуры, порожденной действием условий, далеких от равновесия. Такая структура является гигантской незатухающей флуктуацией, стабилизированной за счет потока энергии и вещества, которыми система обменивается с окружающей средой.

Ниже рассмотрен пример химической диссипативной структуры, реализованной экспериментально.

15.6. Примеры диссипативных пространственных структур.

Реакция Жаботинского )

Химические диссипативные пространственные структуры получены экспериментально в реакции Жаботинского (разд. 14.8).

Первое сообщение было сделано Бюссе [14], который провел эксперимент в неоднородной среде, т. е. при наличии концентрационных градиентов. Важно, однако, то, что пространственная структура может быть получена в системе, исходное состояние которой однородно [72]. Поскольку этот эксперимент имеет принципиальное значение, мы опишем его подробно.

Экспериментальные условия были такими же, как и те, при которых наблюдались временные осцилляции. Фотография на

рис. 15.6 была получена следующим образом. Равные объемы Ce2(S04)3 (4-10 4 моль/л), КВгОя (3,5-10'» моль/л), СНа(СООН)2 (1,2 моль/л) и H2SO4 (1,5 моль/л) с добавкой нескольких капель ферроина (окислителыю-лосстаношггельный индикатор) размешивались магнитной мешалкой при комнатной температуре в течение 30 мин. Затем два миллилитра этой гомогенной смеси помещали в пробирку, которая находилась в термостате с температурой 21 СС, и перемешивание прекращали. Тотчас возникали временные осцилляции. Окраска раствора в пробирке периодически изменялась от красной, указывающей на избыток ионов Сс , до синей, указывающей на избыток Се4'-; период осцилляции зависел от исходных концентраций п температуры. При ус-Рис. , 15.6. Диссипа- ловиях, описанных выше, период составлял

тивная структура в ОКОЛО ЧС'ШреХ МИНуТ. ОСЦИЛЛЯЦИИ Я С [ЮЯ

страница 83
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84

Скачать книгу "Термодинамическая теория структуры, устойчивости и флуктуаций" (3.09Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
стоимость заправки холодильника фреоном в москве
образец благотворительные письма спонсорам
какие шины на гироскутере
ремонт vrv - vrf

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(22.09.2017)