Открытость системы

Предмет исследования обобщенно называют в термодинамике системой. Это любой макроскопический материальный объект, выделенный из внешней среды с помощью реально существующей или воображаемой граничной поверхности. Системой может быть изучаемый образец вещества, электромагнитное поле в ограниченном пространстве, тепловая машина и т. д. Если возникнет необходимость детализировать внутреннее строение системы, рассматривают ее макроскопические части — подсистемы. Система — это модель реального объекта исследования, отражающая его существенные для термодинамики качественные и количественные признаки. Так, способ передачи энергии через граничные поверхности задается в виде качественной характеристики — определенных ограничений на пропускную способность этих поверхностей. Если система не может обмениваться с внешней средой энергией, то ее называют изолированной, если же веществом — то закрытой. В адиабатически изолированной системе невозможен теплообмен с внешней средой, в механически изолированной — работа. Систему, которая может обмениваться с окружением веществом, а следовательно, и энергией, называют открытой системой. С той же целью, указать способ обмена энергией и веществом, применяют понятия теплового (термического), механических и диффузионных контактов. Открытая система имеет диффузионные контакты с внешней средой, а для изолированной любые контакты с ней невозможны. [c.10]

Например, в открытых системах условия сохранения можно использовать не для всех, а только для неподвижных (вне сис- [c.173]

Рисунок 1.1- Система открытой системы, получающей энергию от источника и диссипирующей остаток энергии в сток [15]

Рисунок 1.2 - Открытая система, погруженная в замкнутую систему [15]

Рисунок 1.3 - Замкнутая система как предельный случай открытой системы, у которой пресечены потоки энергии на входе и выходе [15]

Первые две задачи можно решить на основе второго закона термодинамики. Для решения третьей задачи Г.П. Гладышев [2] принял, что изучаемая открытая система находится в термостате, вместе с которым она образует полную термодинамическую систему. Например, такой полной системой является совокупность окружающей среды (термостата) и собственно самой открытой нестационарной системы в виде локального объема V (рисунок 1.5). [c.20]

Изучаемая нестационарная открытая система первоначально не находится в равновесии со своим термостатом ее эволюция направлена в сторону достижения частичного равновесия системы с термостатом. С учетом того, что эволюцией системы управляют потенциалы (термодинамические силы), характеризующие состояние системы, Г.П. Гладышев [2] использовал для анализа открытых систем удельную величину функции Гиббса, отнесенную к единице объема или массы. Напомним, что в соответствии с функцией Гиббса движущей силой процесса для закрытых систем при постоянных температуре и давлении является стремление системы к минимуму свободной энергии (максимуму энтропии), если в системе не совершается никакая работа кроме работы расширения [17]. Гиббс предвидел широкие возможности термодинамики для решения различных задач, сделав следующие предсказания ...Несмотря на то, что статистическая механика исторически обязана возникновением исследованиям в области термодинамики, она, очевидно, в высокой мере заслуживает независимого развития как вследствие элегантности и простоты ее принципов, так и потому, что она приводит к новым результатам и проливает новый свет на старые истины в областях, совершенно чуждых термодинамике . [c.21]

Таким образом, неравновесные связи и ограничения в открытых системах допускают новые состояния материи, свойства которых резко отличаются от свойств равновесных состояний. [c.61]

При анализе поведения фрактальных структур под нагрузкой целесообразно использовать представления о фрактальных кластерах, что позволяет выделять в деформируемом металле объекты (локальные области), обладающие свойствами фрактальных структур. Деформируемое твердое тело - открытая система, обменивающаяся энергией и веществом с окружающей средой. Результатом этого обмена является самоорганизация фрактальных структур. Образующиеся при деформации металлов и сплавов фрактальные кластеры в зоне предразрушения в зависимости от механизма диссипации энергии связаны либо с кристаллографическими на фоне пор микротрещинами (квазихрупкий отрыв), либо с порами (вязкий отрыв). [c.232]

В последние годы широкое применение получили так называемые адиабатические магнитные ловушки. Это открытые системы с магнитными пробками (зеркалами) на концах. [c.332]

Открытая система - термодинамическая система, обменивающаяся энергией и веществом с окружающей средой. [c.151]

При стационарных процессах в открытых системах полная энтропия системы постоянна (5=0), и величина 5 при постоянных потоках / задана, поэтому для стационарных процессов [c.19]

С целью исключения непосредственного выброса картерных газов в атмосферу применяют замкнутые системы вентиляции картера. Сжигание картерных газов в цилиндрах позволяет снизить суммарный сброс С,до 20% по сравнению с выбросами при открытой системе вентиляции. Возможны различные схемы таких систем — с возвратом картерных газов перед воздушным фильтром, перед дроссельной заслонкой и за ней. Предпочтительным является первый вариант, так как при этом не изменяется закон разрежения, управляющий приготовлением смеси в карбюраторе. Кроме того, картерные газы фильтруются от твердых частиц и масляных капель. Если не обеспечить надежную фильтрацию картерных газов при их возвращении в цилиндры двигателя, то вследствие попадания масляных капель в высокотемпературную зону сгорания образование ПАУ увеличивается, выбросы бенз(а)пирена могут возрасти в десятки раз. Таким образом, неверно сконструированная или плохо функционирующая закрытая система вентиляции картера может ухудшить токсические характеристики двигателя по сравнению с открытой системой. [c.13]

Уменьшение ско[)Ости коррозии вследствие ио-пижения концентрации кислорода в растворе особенно характерно для коррозии железа в воде в открытой системе. Вода в открытой системе при комнатной температуре содержит в 1 дм около [c.78]

С одной стороны, эти особенности усложняют построение УИ САПР по сравнению с промышленными САПР. Учебно-исследовательские САПР должны быть открытыми системами, приспособленными для эволюционного развития путем модернизации и добавления новых элементов математического, программного обеспечения и входных языков. В УИ САПР должны быть развиты средства диалогового взаимодействия. Необходим богатый набор математических моделей и методов для выполнения проектных процедур. Многопрофильность обеспечивается [c.106]

Пример 1. Динамика химического реактора [4]. Рассмотрим модель химического реактора, который представляет собою открытую гомогенную систему полного перемешивания. В такой системе происходит непрерывный массо-и теплообмен с окружающей средой (открытая система), а химические реакции протекают в пределах одной фазы (гомогенность). Условие идеального перемешивания позволяет описывать все процессы при помощи дифференциальных уравнений в полных производных. Предположим, что рассматриваемый химический реактор — эго емкость, в которую непрерывно подается вещество А с концентрацией Хд и температурой г/ ). Пусть в результате химической реакции А В h Q образуется продукт В и выделяется тепло Q, а смесь продукта и реагента выводится из системы со скоростью, характеризуемой величиной X. Тепло, образующееся в результате реакции, отводится потоком вещества и посредством теплопередачи через стенку реактора. Условия теплопередачи характеризуются температурой стенки у и коэффициентом со. Для составления уравнений динамики химического реактора воспользуемся законами химической кинетики, выражающими зависимость скорости химического превращения от концентраций реагирующих веществ и от температуры, законом сслранения массы (условие материального баланса), а также законом сохранения энергии (условие теплового баланса реактора). [c.53]

Прямым и исключительно важным следствием постулатов о равновесии и температуре служит вывод о том, что в равновесных системах все внутренние термодинамические свойства являются функциями внешних свойств и температуры системы. Зтим утверждается существование строго ограниченного числа независимых переменных, определяющих внутреннее состояние равновесной системы, т. е. все множество ее термодинамических свойств. Число независимых переменных, достаточное для описания термодинамического состояния равновесной сис темы, известно под названием общая вариантность равновесия, оно, следовательно, на единицу больше числа внешних переменных. Если открытая система содержит с компонентов и может изменять свой объем, то число внешних переменных будет с+, а вариантность в случае полного равновесия равняется ( + +2. Этим числом учитывается возможность существования одного теплового, одного механического и с диффузных контактов системы с окружением. [c.23]

Отсутствие времени в термодинамических соотношениях не означает, однако, что при их выводе не используются никакие сведения о кинетике процессов. Достаточно обратить внимание на физический смысл начальных определений, таких как изолированная система, тепловой контакт, открытая система и другие, чтобы убедиться в наличии общих кинетических условий в любой термодинамической задаче. Например, понятие изолированности означает пренебрежимо малую скорость релаксационного процесса в большой системе, включающей в себя рассматриваемую изолированную систему и внешнюю среду. Последняя же, чтобы выполнять роль резервуара неограниченной емкости с постоянными характеристиками на всбй граничной поверхности, должна, наоборот, обладать бесконечно большими скоростями релаксации по всем переменны . Смысл кинетиче- [c.33]

Формулу (6.26) можно формально распространить и на слагаемые в правой части (6.3), соответствующие диффузионным контактам системы с внешней средой, т. е. применить ее к открытым системам, если принять, что суш,ествует обобш,енная сила (i — химический потенциал i-ro компонента, сопряженная с внешней переменной л,— количеством этого /компонента в системе, такая что [c.61]

Отмеченные особенности являются общими в открытых системах изменение энергии нельзя разделить на теплоту и работу. В отличие от рассматриваемого ранее ( 6) случая со связанными переменными V и со в данном случае условия нахождения производных дИldtii)s,b и dS/dni)u,b не являются противоречивыми, но функции t/ и 5 изменяются не только из-за переноса массы, поэтому не существует однозначной взаимосвязи между переменными п, с одной стороны, и U или 5 —с другой, и те и другие переменные должны рассматриваться, следовательно, ак независимые. Число аргументов можно сократить лишь тогда, когда они однозначно связаны друг с другом. [c.63]

Таким образом, термодинамический эффект, вызванный изменениями количеств веществ в системе, можно вырааить тремя способами. Вонпервых, его можно представить как сумму эффектов от каждого из компонентов системы. Независимыми переменными в этом случае служат количества (или массы) компонентов, и вклад каждого из них о внутреннюю энергию системы записывается в виде ifdrtf. Этот способ описания пригоден для процессов в открытых системах. Вопрос о химическом равновесии внутри системы при нем остается невыясненным. Так функции и(S, V, п) или U(T, V, п) могут относиться как к химически равновесной системе, так и к системе, в которой нет химических превращений веществ. Обе эти возможности должны указываться заранее при формулировке задачи. Последнее замечание относится и к описанию процессов в закрытых системах, у которых все внешние переменные п фиксированы и поэтому обычно не включаются в набор аргументов термодинамических функций. Например, уравнение состояния (2.1) в виде Р = Р(Т, V) справедливо как для химически равновесной смеси веществ, так и для гомогенной системы без химических превращений. Общие выражения (2.2) —(2.7) для частных производных одинаковы в обоих случаях, о численные значения термических коэффициентов av, Pv и других свойств при наличии химических реакций и без них могут существенно различаться. Наглядный пример этого — уравнения (5.30), (5.31). [c.69]

Долгое время считалось, что для нелинейных систем требуется применение законов неравновесной термодинамики. Г.П. Гладышев [2] развил подходы макротермодинамики, позволяющие использовать законы классической термодинамики для открытых систем путем введения принципа локального равновесия. В соответствии с этим принципом любая открытая система может быть представлена как квазизакрытая, в которой открытые подсистемы поме-uieHbi в термостат. Это позволяет для описания сложных систем применить уравнения классической термодинамики, используя представления о средней удельной энергии Гиббса (энергия Гиббса, отнесенная к локальному объему). [c.3]

Другим направлением, стремительно развивающимся в последние годы, является синергетика, изучающая закономерности самоорганизации структур. Подходы синергетики также позволяют описывать сложное поведение открытых систем, не вступая в противоречие со вторым законом термодинамики. Как показал И. Пригожин с сотрудниками [3-5] открытые системы способны к са-мооптимизации путем самоорганизации диссипативных структур. Стабилизация открытой системы достигается при этом ценой компенсирующего произ- [c.3]

В настоящей г лаве даются понятия о термодинамической, статистической и информационной энтропии, рассматриваются типы термодинамических систем, а также основные принципы макродинамики и синергетики, контролирующие самоорганизацию диссипативных структур в квазизакрытых и открытых системах. Приводятся примеры самоорганизации таких структур применительно к процессам, протекающим вдали от термодинамического равновесия в различных системах. [c.6]

Макрокинетический принцип структурной стабилизации постулирует, что в иерархических системах каждый высший )-й частный процесс (который является составляю1Цсй общего процесса) стабилизирует вследствие а1 регации продукты низшего (i-l)-ro частного процесса. Сфуктурная стабилизация отбирает в нестационарной открытой системе, где протекают всевозможные химические реакции, а также другие процессы, наиболее стабильные в данных [c.25]

Теорема Гленсдорфа - Пригожина [3] о производстве энтропии в открытой системе гласит состояние всякой линейной открытой системы с независящими от времени краевьши условиями всегда изменяется в направлении [c.27]

Ю.Л. Климонтович [ 18] доказал S - теорему и показал, что принцип минимума производства энтропии справедлив и в нелинейной области. Теорема позволяет оценить относительную степень упорядоченности неравновесного состояния системы и предсказать направление, в котором под влиянием внешнего воздействия изменяется термодинамический процесс, протекающий в открытой системе. В соответствии с S - теоремой принцип минимума производства энтропии утверждает, что при критических фазовых переходах через пороговые значения управляющих параметров происходит скачкообразное уменьшение энтропии (оно нормировано на постоянное значение средней кинетической энергии). [c.28]

В условиях соединения металлов с приложением различных видов и концентраций энергий в термодинамически открытой системе энергия — металл — внешняя среда определение характеристических параметров (критических точек), при которых реализуется спон-тонное изменение свсйстиа системы, обусловленное самоорганизацией диссипативных структур, возможно на основе создания адекватных физико-математических моделей процессов, протекающих при сварке, и исследования их с помощью компьютерного эксперимента — наиболее тонкого ииструмепта. [c.110]

Химический потенциал х — термодинамическая функция состояния, определяющая изменерше термодинамических потенциалов при изменении числа частиц в системе и необходимая для описания свойств открытой системы (системы с переменным числом частиц). [c.215]

Из общей интегральной формы принципа Онзагера (2.18) легко найти его частные формы для необратимых процессов в адиа-батно изолированных системах и для стационарных процессов в открытых системах. [c.19]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...