Системы, далекие от состояния равновесия

Соотношения (7.205), как отмечалось, представляют собой пример уравнений линейного приближения термодинамики необратимых процессов и позволяют (при соответствующей детализации выражений для термодинамических сил и потоков) описывать химические реакции, диффузию, теплопроводность, вязкое течение, перекрестные необратимые явления, протекающие в системах, не слишком далеких от состояния равновесия. [c.192]

В этом заключительном параграфе мы рассмотрим состояния макроскопической системы, далекие от термодинамического равновесия. [c.580]

В тех случаях, когда состояние системы достаточно далеко от состояния равновесия, а внешние условия, в которых протекает процесс, неизменны, могут иметь место потеря устойчивости первоначальной структуры (типа) процесса и переход к новой, более устойчивой структуре. Явление потери устойчивости, делающее невозможным дальнейшее продолжение первоначальной структуры процесса, называют кризисом. Критические ситуации могут иметь самый разнообразный характер, однако, с точки зрения термодинамики, они представляются достаточно идентичными, поскольку допускают, как это будет ясно из дальнейшего, единое термодинамическое описание посредством тех же макроскопических параметров, с помощью которых анализируются равновесные состояния. [c.54]

Когда система далека от термодинамического равновесия, для ее характеристики нельзя использовать принцип экстремумов и необратимые процессы не всегда обеспечивают устойчивость системы. Неустойчивость, возникающая в системе, далекой от равновесного состояния, вынуждает ее переходить в состояния с высоким уровнем организации примерами таких состояний могут служить системы с колебательными реакциями или спонтанным образованием пространственных структур. В гл. 18 и 19 рассмотрена неустойчивость сильно неравновесных систем н последующая их самоорганизация . [c.138]

Если бы смещение заряда —е из положения равновесия происходило в направлении, перпендикулярном к оси х. то возникали бы силы, возвращающие заряд к положению равновесия значит, если бы возникали только такие смещения, система вела бы себя так, как будто она обладает устойчивым состоянием равновесия. Но так как случайные смещения возможны как перпендикулярно к оси х, так и вдоль нее, ю в результате последних смещений система уйдет как угодно далеко от положения равновесия. Поэтому состояние равновесия, неустойчивое хотя бы в одном направлении , является неустойчивым состоянием равновесия. [c.135]

Неравновесные флуктуации наблюдаются либо в системах, далеких от равновесия, когда время наблюдения меньше времени установления термодинамического равновесия, либо при наличии внешних воздействий (например, разности температур, электрических напряжений или давлений на границах системы), поддерживающих вынужденные отклонения от равновесного состояния . Неравновесные флуктуации рассматриваются в кинетической теории неравновесных систем. [c.292]

При исследовании систем, находящихся вдали от состояния равновесия, неожиданно обнаруживается зависимость между кинетикой идущих в системах химических реакций и их пространственно-временной структурой. Конечно, верно, что взаимодействия, определяющие величины констант скоростей химических реакций и параметров переноса, в свою очередь определяются величинами близкодействующих сил (имеются в виду валентные связи, водородные связи, силы Вап-дер-Ваальса). Тем не мепее решения кинетических уравнений зависят, кроме того, и от глобальных характеристик. Эта зависимость, тривиальная для термодинамической ветви вблизи равновесия, для химических систем, находящихся в условиях, далеких от равновесных, становится определяющей. Например, диссипативные структуры, как правило, возникают лишь в таких системах, размеры которых превышают некоторые критические значения. Значения этих критических величин являются сложной функцией параметров, определяющих идущие в системе химические реакции и диффузию. Поэтому мы можем сказать, что химические нестабильности сопряжены с упорядочением па больших расстояниях, благодаря которому система функционирует как единое целое. [c.137]

Что же касается влияния термической предыстории, то оно регулируется теорией пересыщения [240—242], согласно которой активность и обусловленные ею физико-химические свойства твердых тел зависят от того, насколько была далека система от состояния равновесия в момент получения твердых тел, т. е. как велика степень пересыщения системы. Справедливость теории пересыщения была подтверждена экспериментально [243—245]. [c.38]

Отсюда можно заключить, что при неравновесном процессе свободная энергия системы уменьшается и по достижении равновесия имеет минимум. Это дает возможность с успехом изучать изотермические равновесия системы, а для случая неравновесных процессов определять, насколько близко или далеко находится система от состояния равновесия. [c.165]

Мы ВИДИМ, таким образом, что наличие сопротивления, как положительного, так и отрицательного, не изменяет принципиально картины в системе с отталкивающей силой. Особая точка — по-прежнему седло, она всегда неустойчива, и все движения в системе в конечном счете удаляют систему от состояния равновесия. По прошествии достаточно длинного промежутка времени система уйдет как угодно далеко и, следовательно, наверно выйдет за пределы [c.102]

Как следует математически описывать все те (и многие другие) явления, с которыми мы успели, хотя и бегло, познакомиться При выборе математического аппарата необходимо иметь в виду, что он должен быть применим к проблемам, с которыми сталкиваются физик, химик, биолог, электротехник и инженер-механик. Не менее безотказно он должен действовать и в области экономики, экологии и социологии. Во всех этих случаях нам придется рассматривать системы, состоящие из очень большого числа подсистем, относительно которых мы можем не располагать всей полнотой информации. Для описания таких систем нередко используют подходы, основанные на термодинамике и теории информации. Но за последние годы стало ясно, что такие подходы (в том числе и некоторые обобщения, например термодинамика необратимых процессов) не дают адекватного описания физических систем, находящихся далеко от теплового равновесия, или экономических процессов. Причина заключается в том, что эти подходы по своей природе статичны, в основе их лежит теория информации, позволяющая делать предположения о числе возможных состояний. В [1 ] было показано, как работает такой формализм и где присущие ему ограничения заведомо вводят в заблуждение. Во всех системах, представляющих интерес для синергетики, решающую роль играет динамика. Как и какие макроскопические состояния образуются, определяется скоростью роста (или распада) коллективных [c.40]

Еще одна существенная особенность синергетических систем состоит в том, что ими можно управлять, изменяя действующие на них внешние факторы. В синергетике мы рассматриваем главным образом открытые системы. Поток энергии или вещества (или поток энергии и вещества) уводит физическую, химическую или биологическую систему далеко от состояния термодинамического равновесия. Изменяя температуру, уровень радиации и т. д., мы можем управлять системами извне. В тех случаях, когда внешние факторы управления поддерживаются постоянными, мы можем учитывать их в уравнениях, полагая постоянными соответствующие параметры, называемые управляющими параметрами. Примером таких параметров может служить параметр а в уравнении (1.11.1). Например, скорость роста клеток мы можем регулировать извне, обрабатывая их соответствующими химическими веществами. Параметр а можно интерпретировать как разность между скоростью продуцирования р и скоростью распада d, т. е. положить а — р—d. Нетрудно видеть, что в зависимости от скорости продуцирования в системе. могут возникать совершенно различные типы поведения [c.42]

Системы, подверженные потоку энергии и вещества, могут переходить в состояние, далекое от термодинамического равновесия, в так называемый нелинейный режим. В нелинейном режиме термодинамические потоки не являются больше линейными функциями термодинамических сил F . В случае химических реакций мы видели, что система находится в линейном режиме, если сродство реакций Ak мало по сравнению с RT, т.е. [Ak/RT) <С 1. При Т = 300 К RT Ai 2,5 кДж/моль. Так как сродство химических реакций достигает значений 10-100 кДж/моль, то химические реакции могут легко перейти в нелинейный режим (упр. 18.1). Гораздо труднее это сделать для явлений переноса, таких, как теплопроводность и диффузия. [c.387]

В системах, далеких от равновесия, потеря устойчивости термодинамической ветви и переход в диссипативную структуру происходят с теми же общими особенностями, как показано выше на простом примере. Такие параметры, как Л, указывают на ограничения, налагаемые на процесс, например скорости потоков или концентрации поддерживаются при значениях, соответствующих неравновесному состоянию, что позволяет удерживать систему вдали равновесия. При достижении определенного значения Л термодинамическая ветвь становится неустойчивой, но в то же время появляются возможные новые решения. В результате флуктуаций система совершает переход из одного состояния в новые. Как и в разд. 18.4, определим состояние системы с помощью параметра Хк (к = 1,2,...,гг), который в общем случае может быть функцией как координат г, так и времени t. Пусть уравнение, определяющее пространственно-временную эволюцию системы, имеет вид [c.407]

Физические свойства двух- и многокомпонентных материалов существенным образом определяются их фазовым составом. Поэтому информация о том, из каких фаз состоит данный материал, сколь далеко (или близко) находятся они от границ равновесия фаз, имеет важное значение при разработке материалов с заданными свойствами и выборе оптимальной технологии обработки материалов. В связи с этим важную роль приобретают диаграммы состояния двух- и многокомпонентных систем. Если для двухкомпонентной системы области существования однофазных состояний и линии двухфазного равновесия можно было изобразить на двумерной рГ-диаграмме (см. рис. 11.1), то для многокомпонентных систем такое представление оказывается невозможным, поскольку в этом случае в качестве параметра необходимо добавить и концентрации компонент. Поэтому для таких систем строят сечения диаграмм состояния при некоторых постоянных параметрах. [c.268]

Как отмечалось ранее, в пластически деформируемых кристаллах в широком интервале температур и деформаций с удалением от термодинамического равновесия наблюдается образование субструктур дефектов, например, ячеистой дислокационной структуры на II—стадиях упрочнения. В целом ПД кристаллов, контролируемая, в частности, кинетикой популяций дефектов, является эволюционным процессом [171]. Следует отметить, что понятие эволюции весьма общее. "Поскольку ни в физических, ни даже в биологических системах не заложено внутреннее стремление к самоорганизации, далеко не каждый эволюционный процесс подразумевает самоорганизацию (например, эволюция к равновесному состоянию в физике, деградация в результате неблагоприятных мутаций в биологии). Таким образом, самоорганизация — лишь один из возможных [c.102]

Однако только в связи с последними успехами неравновесной термодинамики было показано, что в состояниях открытых систем, далеких от равновесия, с необходимостью протекают процессы с самоорганизацией и образованием упорядоченных в пространстве структур, повторяющих себя во времени. Имеются указания (см. работу [51]) на то, что в еще более сложных системах возможно возникновение записи информации с помощью некоторого кода, который в дальнейшем, после его возникновения, управляет самовоспроизведением этих структур. [c.584]

Рассмотрим схематически функциональную зависимость 6 5 от времени для систем, далеких от равновесия (рис. 3.17). Для асимптотически устойчивой системы при t to, как и в равновесном состоянии (см. рис. 3.15), >> [c.78]

Условия (3.65) и (3.66) можно обобщить на случай стационарных состояний, далеких от равновесия, когда возможна самоорганизация системы. Такое обобщение содержится, например, в нашей работе [28], в которой уравнение (3.65) записано для избыточной энтропии. Важно подчеркнуть, что переходу системы в неустойчивое состояние (потере устойчивости) соответствует изменение знака 8х Р, а это возможно, например, в случае, если Р проходит через нуль. [c.90]

Если мы возьмем начальную точку в области притяжений состояния равновесия О (см. рис. 113, а) или в области притяжения устойчивого предельного цикла 2 достаточно далеко от границы—неустойчивого предельного цикла то достаточно малые случайные толчки (которые мы всегда должны предполагать существующими в реальной системе) не выведут изображающую точку из соответствующей области притяжения, и она при увеличении t будет стремиться все к тому же стацио нарному режиму. Очевидно, так же будет вести себя и соответствующая реальная система. Иначе обстоит дело, если начальное значение взять достаточно близко к разделяющему неустойчивому предельному циклу Ьи Малый случайный толчок может перекинуть изображающую точку в область притяжения состояния равновесия О либо в область притяжения предельного цикла 2, поэтому при начальных значениях, достаточно близких к разделяющему циклу Ь, существует неопределенность в зависимости от случайных толчков возможно установление Рис. 114 одного из двух равновесных режимов. [c.221]

Тогда состояние равновесия, с точки зрения наших обычных критериев устойчивое при 1 = 0, сразу теряет свою устойчивость при каком угодно малом и превращается в седло. И при каких угодно малых отклонениях от устойчивого уса седла (а такие малые отклонения в реальной системе всегда неизбежны) представляющая точка в конце концов уйдет как угодно далеко от этого состояния равновесия. Поэтому в реальной системе такое состояние равновесия неустойчиво. [c.744]

Получение аморфных металлических сплавов. Переход в аморфное состояние в металлических системах возможен из исходных жидкого, газообразного и твердого состояний. Механизмы аморфизации при этих процессах различны. Однако общим для них является одно и то же условие образование аморфной фазы происходит в том случае, когда исходное состояние находится очень далеко от равновесного. Это может быть сильно переохлажденный расплав, газовая металлосодержащая фаза, далекая от состояния равновесия или термически (или термобарически) закаленная твердая кристаллическая фаза. Наиболее полно исследованы условия образования АМС при быстрой закалке из расплавов. При достаточно большой степени переохлаждения расплава ниже температуры плавления, при некоторой температуре Г (температуре [c.400]

Новые горизонты в теории лазера открылись в 1968 г., когда было замечено, что переход в каждом лазере от спонтанного излучения к генерации обнаруживает большое сходство с фазовыми переходами в системах, находящихся в тепловом равновесии. Лазер стал первым примером, в котором удалось установить детальную аналогию между фазовыми переходами в системе, далекой от теплового равновесия, и в равновесной системе [Грэхэм и Хакен (1968, 1970 гг.) Де Джорджо и Скалли (1970 г.) Казанцев и др. (1968 г.)]. Вскоре оказалось, что существует целый класс систем, в которых могут возникать макроскопические упорядоченные состояния вдали от теплового равновесия. Это дало толчок рождению новой области научных исследований, так называемой синергетике . Тем самым может быть установлена глубокая аналогия между совершенно различными системами в физике, химии, биологии и даже в гуманитарных науках. В развитии этого нового направления лазер сыграл пионерную роль. В рамках синергетики стало возможным сделать новые предсказания о поведении лазерного излучения. Например, на основе аналогии между динамикой жидкости и лазерным излучением удалось предсказать явление <ихаосау> в излучении лазера (Хакен, 1975 г.). Различные пути установления хаоса в лазерном излучении могут быть выявлены экспериментально. Мы вернемся к этим увлекательным вопросам в гл. 8. [c.31]

Дальнейшее развитие теории связано с проблемой построения термодинамики нелинейных процессов, рассматривающей системы, далекие от состояния термодинамического равновесия. В последние годы в этой области достигнут заметный прогресс. Плодотворная разработка ведется в направлении построения вариационных принципов либо обобщающих принципы линейной термодинамики (Дьярмати [9], Бахарева [10]), либо представляющих новые вариационные формы (Био [8], Пиглер [11], Глансдорф и Пригожин [12]). Основополагающей в этом направлении явилась монография Глансдорфа и Пригожина [12], где сформулирован универсальный критерий эволюции термодинамических систем и разработан аппарат локальных термодинамических потенциалов, обладающих экстремальными свойствами и в условиях сильных отклонений систем от состояния равновесия. Фундаментальный результат, полученный в этих теоретических исследованиях, связан с установлением возможности самопроизвольного появления в сильно неравновесных системах устойчивых структур, упорядоченных в пространстве и времени. [c.8]

Все сказанное выше относилось только к системам, находящимся в тепловом равновесии или почтй в тепловом равновесии. Для систем, далеких от теплового равновесия, понятие температуры не имеет четкого определения. В реальном мире не существует такого объекта, как система в идеальном тепловом равновесии , а если бы он действительно существовал, то не имелось бы возможности его наблюдать. Таким образом, при попытках осуществить все более точные измерения температуры всегда в конце концов обнаруживается, что сама эта величина оказывается иллюзорной. Это объясняется тем, что либо, производя измерения, мы нарушаем состояние [c.22]

Принцип минимума производства энтропии - для открытых неравновесных систем, находящихся в стационарном состоянии, далеком от термодинамического равновесия,- это стремление достичь состояния, аналогичного равновесному когда существенные для описания системы параметры не изменяются во времени и dSldt = 0, где dSldt = р - производство энтропии. Отличие равновесных систем от систем, далеких от термодинамического равновесия, заключается в том, что равновесные системы характеризуются максимальным неизменным во времени значением энтропии (меры разупорядочен- [c.152]

Энтропия - термодинамическая неизмеряемая функция состояния системы, определенная вторым началом термодинамики. Является мерой разу-порядоченности внутренней структуры. Важным разделом линейной термодинамики необратимых процессов является вычисление скорости возрастания энтропии. Системы, находящиеся в состоянии, далеком от термодинамического равновесия, в процессе структурной самоорганизации подчиняются принципу минимума производства энтропии (см. Принцип минимума производства энтропии). [c.157]

Приведенные рассуждания показывают, что энтропия системы в каждой фазе приближения этой системы к стационарному состоянию имеет определенное значение и может быть однозначно определена через другие характеристики состояния системы. Следует только отметить, чтс это относится только к таким случаям, при которых градиенты IB системах не так велики, чтобы местные значения микроскопических параметров состояния не потеряли своего физического смысла. Так, Кертис [Л. 4] пишет, что (выражение изменения энтропии неприменимо к явлениям, происходящим во взрывной волне. Это объясняется тем, что здесь, во-первых, чересчур велики градиенты, а, во-вторых, тем, что при столкновении волн отдельные части системы находятся в условиях, далеко отстоящих от состояния равновесия. [c.47]

Самоорганизующимися процессами называют процессы, при которых возникают более сложные и более совершенные структуры [2, б]. Это определение позволяет выделить самоорганизацию как один из возмож-нь1х путей эволюции и отнести этот процесс к условиям, далеким от термодинамического равновесия. Эволюция может приводить и к деградации. Так, в закрытых системах, когда движущая сила процесса — стремление системы к минимуму свободной энергии, достигаемое равновесное состояние является наиболее хаотическим состоянием среды. Если же эволюция системы контролируется минимумом производства энтропии (Неравновесные условия), происходит самоорганизация динамических структур, названных диссипативными. К диссипативным структурам относятся пространственные, временные или пространственно-временные структуры, которые могут возникать вдали от равновесия в нелинейной области, если параметры системы превышают критические значения [26]. Диссипативные структуры могут перейти в состояние термодинамического равновесия только путем скачка (в результате неравновесного фазового перехода). Основные их свойства следующие [18, 24, 26] [c.22]

Теоретические основы процесса образования пленок и покрытий при термораспаде металлорганических соединений развиты Домрачевым с сотрудниками [33]. Показано, что осаждение покрытий из паровой фазы является сложным многостадийным процессом, включающим стадии, которые контролируются явлениями массо- и теплопереноса, адсорбции и десорбции, собственно стадию химической реакции термораспада металлоорганических соединений, а также стадии формирования твердой фазы и кристаллизации. Отмечено, что образование слоистых и столбчатых структур, так же как и рост крупных и нитевидных кристаллов, есть проявление нелинейных кинетических закономерностей в условиях, далеких от термодинамического равновесия. В таких случаях возникает неравновесная термодинамическая устойчивость металлорганического соединения по отношению к процессу распада, однако эта устойчивость соответствует достижению системой стационарного состояния, которое в общем случае может не быть устойчивым во времени и пространстве. Это состояние названо динамически устойчивьш неравновесным состоянием [c.29]

Основной идейный результат, полученный в очерченных выще исследованиях, сводится к следующему. По мере удаления от равновесного состояния термодинамическая система теряет устойчивость, и малые флуктуации могут привести к новым пространственным и временным структурам, невозможным вблизи от состояния равновесия. Простейщими примерами из гидродинамики являются ячеистая структура конвекционных потоков в неравномерно нагретой жидкости, возникновение турбулентности и т. д. Во всех этих случаях мы сталкиваемся с упорядоченным движением больщих групп молекул, которое имело ничтожно малую вероятность в слабо неравновесной области и становится основным состоянием в области, далекой от равновесия. [c.583]

До сих пор мы рассмотрели ряд типичных явлений, пренебрегая шумами, т. е. влиянием флуктуаций на систему. Однако в последние годы стало ясно, что именно в критических точках, т. е. там, где система изменяет свое макроскопическое изменение, флуктуации играют решающую роль. Фундаментальные законы теоретической физики позволяют утверждать, что там, где происходит диссипация, должны быть и флуктуации. Следовательно, при рассмотрении физических, химических, биологических, механических или электрических систем пренебрегать флуктуациями не следует, по крайней мере если речь идет о системах, достаточно близких к критическим точкам. Для фазовых переходов систем, находящихся в состоянии термодинадшческого равновесия, адекватный учет флуктуаций был давно стоявшей проблемой, разрешить которую удалось лишь недавно методом ренормгруппы. В этой книге нас интересуют неустойчивости физических и химических систем, находящихся далеко от состояния термодинамического равновесия, и некоторых других систем. В этом круге явлений флуктуации играют не менее важную роль и описание их требует новых подходов. Например, принцип подчинения, с которым мы познакодш-лись в разд. 1.13, по-видимому, позволяет учесть флуктуации (см. гл. 7), и уравнения для параметров порядка следует решать при адекватном включении флуктуаций (гл. 10). Не вдаваясь в подробности, можно сказать, что флуктуации превращают явления и проблемы бифуркаций (достаточно трудные сами по себе) в еще более сложные явления и соответственно еще более трудные проблемы неравновесных фазовых переходов. [c.73]

Итак, имеем два неравенства Р > О и dpP < 0. Второе неравенство есть важный критерий эволюции. Кратко покажем, что существуют два следствия. Если изменения зависят только от одной переменной, скажем X, то dpP — v X) dA/dX)dX = dW. Определенная таким образом переменная W является кинетическим потенциалом . Но это исключительный случай. Другое интересное следствие состоит в том, что независимые от времени функциональные связи могут приводить к состояниям, которые не являются стационарными, а осциллируют со времене.м. Примеры таких систем приведены в гл. 19 здесь же рассмотрен простой пример химической системы, далекой от равновесия, когда зависимость скоростей от сродства несимметрична, т. е. [c.389]

Утверждение 11.2. Пусть при ot = состояние равновесия не устойчиво. Тогда при переходе точки а из области устойчивости в облает неустойчивости состояние равновесия из асимптотически устойчивог становится неустойчивым. При этом изображающая точка отбрасывает от состояния равновесия на достаточно далекое расстояние, сколь бы н были близки точки а и а . При обратном изменении параметров изо бражающая точка не возвращается в состояние равновесия, когда оно опят становится устойчивым. Система ведет себя необратимо. [c.221]

Подробные расчеты возможны, онечно, только если неравновесная система имеет термодинамические состояния, т. е, набор соответствующих измеримых термодинамических характеристик. Как уже отмечалось, это условие выполняется далеко не всегда (см. 4). В рассмотренном примере оно выполнено благодаря тому, что неравновескость систем1>1 заключалась в отсутствии равновесия между фазой (L) и другими фазами системы. В то же время сама по себе изолированная от других частей системы переохлажденная жидкость могла существовать сколь угодно долго, т. е. она считалась внутренне равновесной (см. с. 21). Этим объясняется возможность определения термодинамических свойств фазы (L) при любых значениях переменных Т, Р. Подобные внутренне равновесные состояния частей неравновесной системы называют метастабильными состояниями (подробнее см. 14). [c.75]

Система, находящаяся в термомеханическом равновесии, в том числе и неоднородная система, состоящая из нескольких фаз, имеет постоянное поле температур и давлений. Для неоднородной системы, при постоянной температуре и давлении, не исключена возможность неравновесного распределения масс веществ и наличия процессов обмена массой. В результате такая система не находится в равновесном состоянии. Процессы перераспределения массы протекают чрезвычайно быстро, так что они далеки от квазистатических в сравнении с термомеханическими изменениями состояния. Существенная нестатичность процесса перераспределения массы приводит к появлению сопутствующих тепловых, акустических, оптических и других эффектов. Однако последние мало энергоемки и основным остается тепловой эффект, в результате которого увеличивается энтропия. На этом основании можно написать основное соотношение термодинамики для системы, в которой происходит перераспределение вещества, в следующей форме [c.158]

Неравновесная термодинамика рассматривает процессы, при которых систе.ма проходит через неравновесные состояния. К nn jiy постулатов неравновесной термодинамики, называе.мой линейной, относятся соотношения Онсагера, характеризующие линейнуто связь между потоком и термодинамической силой в системе. Линейная неравновесная термодинамика рассматривает процессы, которые близки к равновесным. Таких процессов. много, но еще больше неравновесных процессов происходит в открытых систе.мах, далеких от равновесия. Дальнейшее развитие нелинейной неравновесной термодинамики открытых систем связано с именем бельгийца русского происхождения, лауреата Нобелевской премии И.Р, Пригожина. [c.65]

Однако получение материалов с заданными свойствами возможно только в условиях далеких от равновесия, обеспечивающих самоорганизацию диссипативных структур, что сопровождается нарушением симметрии исходного состояния. Именно процессы самоорганизации обеспечивают возможность управления свойствами неорганических материалов. Это связано с тем, что в условиях далеких от равновесия обеспечивается самооптимизация иерархической мультифрактальной структуры системы путем организации наиболее эффективного обмена энергией и веществом как в пределах самой системы, так и с окружающей средой. Самооптимизация осуществляется путем активизации в системе обратных связей. Такой подход позволил выделить в науке о материалах магистральное направление — фрактальное материаловедение. [c.362]

На рис. 7.3.1 приведена простейшая иллю-ирация к теореме Лагранжа - тяжелый цилиндр на гладкой цилиндрической поверхности. Система по предположению имеет одну степень свободы. В случае а равновесие устойчиво, в случае в - неустойчиво. Случай б отвечает нейтральному равновесию - переходному от устойчивого к неустойчивому. Нейтральное равновесие может быть как устойчивым, так и неустойчивым. Так, если поверхность - плоскость, то это состояние неустойчиво при сообщении цилиндру сколь угодно малой начальной скорости он удалится сколь угодно далеко от начального положения. Если поверхность - вогнутая, но вогнутость порождается членами четвертого или более высокого порядка относительно q, то нейтральное равновесие - устойчивое. Поясним это на менее элементарном примере. [c.474]

Иерархическая термодинамика (макротермодинамика или структурная термодинамика) изучает сложные гетерогенные химические и биологические системы, прежде всего открытые системы, обменивающиеся со средой веществом и энергией. Согласно иерархической термодинамики подобная система представляется в виде совокупности соподчиненных подсистем, иерархически связанных расположением в пространстве (структурная или пространственная иерарх,уя) и (или) временами установления равновесия (рис. 1.8). Отмечено, что возникновение структур различных иерархий биомира позволяет ввести представления о термодинамической самоорганизации (самосборка). Г.П. Гладышев рассматривает термодинамическую самоорганизацию как процесс самосборки, т.е. самопроизвольное упорядоченное объединение структур i-й иерархии с образованием структур (i+1)-й иерархии. Процесс самосборки является неравновесным процессом типа фазового перехода [72]. Введение понятия термодинамическая самоорганизация является важным в связи с необходимостью отличать этот тип самоорганизации от динамической самоорганизации (или - просто самоорганизаций в терминологии И. Пригожина) - процесса, в ходе которого возникает, воспроизводится или совершенствуется организация динамической Системы, находящейся в состоянии, далеком от равновесия. [c.38]

В многомерных системах можно выделить небольшое число медленных переменных, к которым подстраиваются все остальные. Более того, во многих случаях удается получить решения вида Хп 1) = фЦп)), = п/сй п = 1,. .., з). Такие решения получили название автомодельных, или самоподобных. Для эволюции системы характерны забывание начальных условий и формирование структур, определяемых функциями ф п)- Простые структуры объединяются в различные типы сложных структур, которым можно сопоставить собственные векторы нелинейной системы уравнений. Такие решения не могут существовать в окрестности состояний равновесия, поскольку диссипативный процесс, связанный с рассеянием энергии, уничтожает всякую упорядоченность. Новые когерентные структуры возникают в состояниях, далеких от равновесия в открытых системах, и стабилизируются в результате обмена энергией с внешней средой. Таким образом, неравновесность может быть источником упорядоченности, или самоорганизации. Такую упорядоченность бельгийский ученый И. Пригожин назвал диссипативной структурой [98-101]. В 70-е годы было установлено, что явление самоорганизации широко распространено в гидродинамике, химии, биологии, астрофизике. Процессы, приводящие к образованию структур, встречаются также и в других областях науки экологии, социологии, экономике и т.д. Г. Хакен предложил назвать теорию самоорганизации синэргетикой (дословно — теорией совместного действия) [72, 102]. Общий подход к явлениям, совершенно различным по своей природе, несомненно, приведет к созданию единой науки [c.163]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...