![]() |
|
|
ОТКРЫТАЯ СИСТЕМАОТКРЫТАЯ СИСТЕМА,
термодинамическое система, способная обмениваться с окружающей средой веществом и энергией.
Такой обмен может сопровождаться также изменением объема системы. В рамках статистич.
термодинамики ОТКРЫТАЯ СИСТЕМА с. с фиксир. объемом принадлежит большому канонич. ансамблю,
окружающая среда для системы является резервуаром энергии и частиц компонентов,
т.е. определяет температуру и химический потенциалы компонентов и условия химический и фазового
равновесия, поведение растворов и реальных газов (см. Статистическая термодинамика). Изменение энтропии ОТКРЫТАЯ СИСТЕМА с.
можно представить состоящим из двух частей, одна из которых (deS)обусловлена взаимодействие с окружающей средой (в частности, теплообменом), а
вторая (diS)- самопроизвольным протеканием необратимых "внутр."
процессов в ОТКРЫТАЯ СИСТЕМА с.: Согласно второму началу
термодинамики, всегда т.е. ОТКРЫТАЯ СИСТЕМАс. в стационарном
состоянии как бы "насыщена" энтропией при заданных внешний условиях.
Постоянно возникающая в результате внутр. неравновесных процессов энтропия не
может больше оставаться в ОТКРЫТАЯ СИСТЕМА с. и "вытекает" из нее в окружающую
среду. Обычно это состояние трактуют таким образом, что в систему "втекает"
отрицат. энтропия (него-энтропия). Стационарные неравновесные состояния ОТКРЫТАЯ СИСТЕМА с.
характеризуются экстремальными значениями определенных функционалов. Согласно
теореме Гленсдорфа-Пригожина, если в системе протекает неравновесный процесс,
описываемый линейным уравением, то в стационарном состоянии скорость возникновения
энтропии имеет миним. значение, совместимое с внешний условиями для данной системы. Диссипативные структуры.
При поступлении в ОТКРЫТАЯ СИСТЕМА с. достаточно большого потока отрицат. энтропии в ней может
поддерживаться некоторая упорядоченность. Естественно, что "подпитка"
отрицат. энтропией должна происходить в результате неравновесного процесса,
в противном случае как diS/dt, так и deS/dt
обратятся в нуль. Отсюда вытекает сформулированный И. Пригожиным основополагающий
принцип, согласно которому неравновесные процессы в ОТКРЫТАЯ СИСТЕМА с. могут служить источником
упорядоченности - самоорганизации. Возникшая упорядоченность принципиально
отличается от упорядоченности при фазовых переходах, когда порядок возникает
при понижении температуры (типичный пример-кристалл). При неравновесных процессах в
ОТКРЫТАЯ СИСТЕМА с. наблюдаются диссипативные структуры, т.е. состояния организации системы
в пространстве, времени (или и в пространстве, и во времени), из которых система
может перейти в состояние термодинамическое равновесия только путем скачка. По аналогии
с термодинамическое фазовым переходом скачкообразное возникновение новых структур
с другими свойствами симметрии называют кинетическая фазовым переходом. Диссипативные структуры
могут возникать в физических, физических-химический и биологическое ОТКРЫТАЯ СИСТЕМА с. при выполнении следующей условий:
1) динамич. уравения, описывающие изменение состояния системы, не линейны
относительно соответствующих термодинамическое переменных; 2) отклонения от равновесных
значений параметров состояния превышают некоторые критической значения; 3) мик-роскопич.
процессы в системе происходят кооперативно (согласованно). Множественность решений
нелинейных диф-ференц. уравений означает множественность стационарных состояний
системы. Среди этих решений существуют динамически устойчивые и неустойчивые.
Динамически устойчивым решениям соответствуют состояния, в которых малые флуктуации
затухают и не могут перевести систему в новое состояние. Динамич. неустойчивость
решения означает, что флуктуация спонтанно разрастается и система переходит
в иное стационарное состояние. Оно может обладать более низкой симметрией, т.е.
иметь более высокую степень упорядоченности. Т. обр., система с помощью флуктуации
"выбирает" одно из возможных стационарных состояний, соответствующих
устойчивому решению уравений макроскопич. процесса. Кооперативный (согласованный)
характер поведения частиц в ОТКРЫТАЯ СИСТЕМА с. отражает причинность процессов самоорганизации
на микроскопич. уровне. Только в том случае, если микроскопич. процессы в силу
наличия механизмов обратной связи между ними согласованы, наблюдается спонтанное
возникновение диссипативных структур. В ОТКРЫТАЯ СИСТЕМА с. известны след, диссипативные структуры:
пространственно неоднородные; периодические во времени (автоколебания); пространственно-временные
псриодич. структуры (автоволны); бистабильные структуры (типа триггера). К наиболее важному типу ОТКРЫТАЯ СИСТЕМА
с. относят системы с химический реакциями, в которые непрерывно поступают извне реагирующие
вещества, а продукты реакции отводятся. Эти системы можно описать с помощью так называемой
реакционно-диффузионной мат. модели Тьюринга, представляющей собой нестационарное
уравение Фика для диффузии в сочетании с кинетическая уравением химический реакции как источника
вещества: где с-концентрация
компонента, D-коэффициент диффузии, f(c)-нелинейная функция, выражающая
кинетику реакции. Нелинейные дифференц. уравения могут иметь периодической (автоко-лебат.)
решение, проявляющееся в образовании предельного цикла, когда изменение состояния
системы в фазовом пространстве представляет собой изолир. замкнутую траекторию,
притягивающую к себе др. фазовые траектории. На практике автоколебательное характер
химический реакций состоит в периодической изменении концентраций промежуточные вещества. Наиб.
изученной колебательное реакцией является Белоусова - Жаботинско-го реакция, динамич.
поведение которой очень разнообразно (см. также Колебательные реакции). Литература: Смирнова Н.А.,
Методы статистической термодинамики в физической химии, М., 1973; Николис Г.,
Пригожин И., Самоорганизация в неравновесных системах, пер. с англ., М., 1979;
ПолакЛ.С., Михайлов А. С., Самоорганизация в неравновесных физико-химических
системах, М., 1983. Е. П. Агеев. Химическая энциклопедия. Том 3 >> К списку статей |
[каталог] [статьи] [доска объявлений] [обратная связь] |
|
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.
|
|