ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Неполное (метастабильное) равновесие из "Макроскопическая необратимость и энтропия Введение в термодинамику " В формулировке принципа необратимости говорится, что предельное (равновесное) состояние наступает с течением времени, рано или поздно, само собой, и что его признаком является прекращение всяких (не флуктуационных) изменений в системе. Легко, однако, привести примеры, когда это с течением времени растягивается до бесконечности, а система вообще не переходит сама собой в равновесное состояние, задерживаясь в каком-то другом состоянии, в котором также не видно никаких изменений. [c.26] Другой пример. Намагниченный кусок стали может при неизменных внешних условиях лежать очень долго без внешнего поля и не размагнититься. Однако равновесие это только задержанное . Очень слабыми толчками можно заставить магнит размагнититься, т. е. перейти в другое состояние, уже больше похожее на настоящее равновесие размагниченный кусок стали сам собой никогда не намагнитится. Ясно, что магнит задерживается в состоянии, не являющемся предельным, из-за трудности изменения направления магнитной поляризации внутри него. [c.27] Таких примеров можно привести сколько угодно, поскольку явление неполного равновесия очень распространено. Возможно, что настоящих равновесных состояний мы никогда не наблюдаем. В частности, даже в случае, когда химическое равновесие в смеси Н-Л достигнуто, т. е. все перегруппировки атомов произошли, не перегруппировались ядерные частицы. Превращение одних ядер в другие практически вовсе не идет при обычных условиях, а между тем по принципу необратимости количество ядер каждого сорта, способных образоваться из имеющихся в наличии нуклонов, должно находиться в совершенно определенном равновесии. [c.27] Если полное равновесие никогда не достигается, то сам принцип необратимости как будто теряет свой абсолютный характер по-видимому, требуется новая его формулировка. Вопрос этот нельзя решить, не выяснив смысла понятия неполного равновесия. Если вообще различать равновесные (хотя бы и не вполне) и неравновесные состояния, то нужно понять, чем же они различаются. [c.27] В чем прежде всего различие между полным и неполным равновесием Неполное равновесие — это настоящее равновесие в системе, в которой некоторое свойство, способное меняться, когда нет задерживающих факторов, фиксировано. Величины, значения которых определяют какое-либо внутреннее свойство системы, часто называют внутренними параметрами. Можно сказать, что неполное равновесие — это настоящее равновесие в системе с фиксированными внутренними параметрами. [c.27] В примере с газовой смесью роль внутренних параметров играют количества молекул Н2 и 2- Состояния, в которых количества этих молекул отличаются от первоначальных, вовсе исключаются, так что молекулы Н2 и Л2 рассматриваются как неделимые частицы. В примере с магнитом считается, что магнитные моменты отдельных доменов не могут меняться. [c.28] Для термически неоднородных систем принцип необратимости не имеет места, и понятно почему. Энергия каждой части такой системы может и не быть фиксирована. Предполагается, что энергия любой части меняется только при изменении ее механических параметров. Однако если силы, действующие со стороны нескольких частей системы вдоль этих параметров, в сумме равны нулю (уравновешиваются), то параметры остаются неизменными. Тогда энергия рассматриваемой части системы будет постоянной и в ней наступит равновесие, определяемое значениями ее механических параметров и ее энергией. Но эти энергия (при данной общей энергии системы) и значения механических параметров (при данных значениях внешних для всей системы механических параметров) могут быть разными тогда вся система будет иметь несколько равновесий при одних и тех же внешних условиях и одной и той же энергии. [c.29] С помощью трех уравнений — (6.1), (6.2) и (6.4) — нетрудно некоторые три величины, например 1, 2 и г 2, выразить как функции четвертой величины — 1, которая может быть задана произвольно. Следовательно, при данных и V можно получить бесчисленное множество равновесий с любым объемом VI. [c.30] Таким образом, принцип необратимости имеет место для всех термически однородных систем, как со свободными, так и с фиксированными внутренними параметрами. Неполные равновесия термически однородных систем — настоящие равновесия в системах с фиксированными параметрами. [c.30] Совсем иное положение с настоящими неравновесными состояниями. Они не получаются сами собой из всевозможных начальных состояний при фиксированных значениях каких-либо внутренних параметров. Если, например, придать молекулам газа некоторые произвольные скорости, то такое состояние не будет получаться само собой из разных начальных состояний, хотя оно и может осуществиться случайно в одно из мгновений какого-либо процесса. [c.30] Может возникнуть вопрос о причинах необратимости. Если не знать этих причин (а при нашем подходе, когда принцип необратимости берется просто как опытный факт, их и нельзя знать), то может показаться, что весь мир идет к некоторому всеобщему равновесию, тепловой смерти . Такое утверждение, действительно, делалось. Оно основано на недоразумении. [c.30] Во-первых, принцип необратимости не эквивалентен закону о всеобщей необратимости движения, а является частным утверждением, имеющим силу только для систем, ограниченных в пространстве механическими системами. Система же открытая , хотя бы и удерживаемая силами тяготения, не может находиться в равновесии, так как ее вещество будет рассеиваться в пространстве. [c.30] Во-вторых, необратимость, как показывает анализ поведения сложных систем методами статистической физики, есть следствие их неполной замкнутости. Именно действие внешних систем, хотя иногда оно и кажется незначительным, если система изолирована , вносит элемент случайности в микродвижение сложных систем в этом и лежит основание необратимости подобных движений. Бесконечность мира совершенно исключает применение к нему принципа необратимости, основание которого заключается в связи сложных систем с внешним миром. [c.30] Вернуться к основной статье