Равновесная термодинамика

Все эти функции связаны обычными в равновесной термодинамике уравнениями (соотношение Гиббса, уравнение Гельмгольца и т. д.). Второй закон термодинамики для t-фазы при этом имеет вид [c.33]

Трудно объяснимое на первый взгляд наличие каскада переходов в неравновесной системе становится понятным, если принять во внимание статистический характер свойств среды. В равновесных системах состояние равновесия устойчиво относительно флуктуаций, которые непрерывно возмущают средние значения потоков энергии. Вблизи равновесия флуктуации затухают. Поэтому можно считать, что равновесные и близкие к равновесным системы управляемы. В них равновесие контролируется стремлением системы к минимуму свободной энергии Гиббса. В неравновесных условиях устойчивость системы контролируется стремлением системы к минимуму производством энергии. Но что же заставляет систему забывать, что она является неравновесной и эволюционировать на определенном этапе по законам равновесной термодинамики Физические причины такого поведения рассмотрены ниже. [c.43]

Согласно равновесной термодинамике изолированная система с течением времени приходит в равновесное состояние с максимальной энтропией, а система в термостате при постоянном объеме — в равновесное состояние с минимальной энергией Гиббса и т. д. Аналогично, как показывает опыт, в системе, находящейся под воздействием не зависящих от времени факторов, по прошествии некоторого времени устанавливается стационарное состояние с минимальным производством энтропии а. При виртуальном изменении состояния такой системы, достаточно близкой к равновесию, она снова возвращается в первоначальное стационарное состояние [c.21]

Термодинамика изучает закономерности теплового движения в равновесных системах и при переходе систем в равновесие (классическая, или равновесная, термодинамика), а также обобщает эти закономерности на неравновесные системы (неравновесная термодинамика, или термодинамика необратимых процессов). [c.14]

Здесь рассматривается равновесная термодинамика (ее обычно называют просто термодинамикой в отличие от неравновесной термодинамики). [c.14]

Согласно равновесной термодинамике, изолированная система с течением времени приходит в равновесное состояние с максимальной энтропией, а система в термостате при постоянном [c.270]

Классическая (равновесная) термодинамика получила в последние годы дальнейшее развитие на основе представления о локальном равновесии. В настоящее время построена термодинамика линейных неравновесных процессов и достигнуты большие успехи в изучении сильно неравновесных систем, что вселяет надежду на возможное решение проблемы возникновения живого. [c.288]

Заметим, что мы использовали основное уравнение равновесной термодинамики для всех состояний (метастабильных и нестабильных), поскольку по условию для них принимается справедливым уравнение Ван-дер-Ваальса. Заметим также, что основное уравнение термодинамики (I) нельзя применять к циклу аЬса, так как при переходе с участка Ьс на прямолинейный участок са в точке с происходит необратимый прог[есс превращения вещества из однофазного в двухфазное состояние и вместо уравнения (1) надо пользоваться основным неравенством термодинамики. [c.307]

Предполагается, что неравновесные состояния системы могут быть охарактеризованы значениями термодинамических функций (температура, давление, энтропия, внутренняя энергия и т. п.) взаимосвязь между которыми определяется уравнениями классической термодинамики. Напомним в связи со сказанным, что в классической термодинамике термодинамические функции определены лишь для равновесных состояний системы. Предположение о возможности распространения представлений классической равновесной термодинамики для описания неравновесных состояний локальных, но макроскопических, т. е. содержащих достаточно большое число частиц, частей всей системы представляет собой некоторый дополнительный постулат, носящий название ги- [c.173]

Основные понятия и определения равновесной термодинамики [c.30]

Представляется интересным для практики произвести количественное рассмотрение влияния химической реакции на межфазную энергию на границе твердое тело—газ с позиций равновесной термодинамики. Нами было получено, что [c.12]

Процессы, протекающие в тонком прилегающем к поверхности слое, наиболее сложны и мало изучены. Это связано как с высоким уровнем рабочих температур, так и с тем, что в отличие от газообразного пограничного слоя здесь не применимы методы равновесной термодинамики. Не только величина того или иного параметра, но и сам характер протекания процесса обусловлены взаимодействием многих физических и химических факторов. [c.268]

Возможность О. т. означает, что эта производная может быть отрицательной (убывание энтропии с ростом средней энергии). Поскольку энтропия пропорц. логарифму числа допустимых состояний, при О. т. систему с большой вероятностью можно обнаружить на высоких уровнях, чем на низких. При этом ср. энергия может быть конечной лишь при ограниченном спектре энергии, тогда предположение об О. т. не приводит к противоречию (расходимости статистич. суммы) в случае стати-стич. равновесия. В действительности все случаи О. т. относятся к неравновесным метастабильным состояниям и применение к ним равновесной термодинамики имеет условный характер. Зависимость Г и 3 = ЦТ от U для систем с ограниченным спектром представлена на рис., где i/o-- Ит ЩТ), i/max = 8 U T). [c.513]

В равновесной термодинамике гетерогенных систем обычно поведение каждой из фаз рассматривается порознь. Метод раздельного анализа однородных составляющих системы позволяет выяснить многие важные свойства однокомпонентных систем, в частности условие взаимного равновесия соприкасающихся фаз, связь между термодинамическими параметрами равновесных фаз и видом агрегатного превращения, изменения внутренней энергии, энтропии и энтальпии при агрегатных переходах, некоторые свойства веществ вблизи критического состояния и т. д. Этот же прием используется в технической термодинамике парожидкостных систем, в частности для табличных расчетов процессов во влажном паре. [c.9]

Классическая термодинамика из чает лишь изолированные и закрытые системы, обратимые или равновесные процессы. Согласно законам классической термодинамики при всех процессах, происходящих в замкнутых систе.мах, энтропия или возрастает (необратимые процессы), или остается постоянной (обратимые процессы). Продолжительное время считалось, что равновесная термодинамика является началом и [c.64]

В металлургии и материаловедении уже давно используется технология получения материалов в неравновесных условиях, однако теоретические основы управления структурой и свойствами материалов до настоящего времени базируются главным образом на принципах равновесной термодинамики. Рассмотренные в данной главе подходы синергетики являются методологической основой для решения проблем материаловедения с использованием законов неравновесной термодинамики. [c.9]

Принципы равновесной термодинамики [c.9]

В равновесной термодинамике постулируется, что изолированная макроскопическая система с течением времени приходит в состояние термодинамического равновесия и никогда самопроизвольно выйти из него не может. Это общее начало термодинамики. [c.10]

Из принципов равновесной термодинамики следует, что энтропия закрытой системы остается постоянной, а открытой -— возрастает до максимального значения. Максимальная энтропия означает низкую степень организованности и, таким образом, определяет наибольшую неупорядоченность. Состояние термодинамического равновесия характеризуется условием равновесия [c.11]

Принцип локального равновесия означает справедливость всех уравнений равновесной термодинамики для бесконечно малых элементов массы (объема) неравновесных систем. Согласно этому принципу, состояние неравновесной системы характеризуется локальными термодинамическими потенциалами, которые зависят от времени только через характеристические термодинамические параметры, причем для всех термодинамических величин справедливы уравнения классической термодинамики. Это позволяет строить рассмотрение неравновесных открытых систем на анализе термодинамической самоорганизации структур, в которых локализован некий квазиравновесный процесс. В этом случае эволюцию системы можно рассматривать как ее переход через ряд термодинамических квазиравновесных состояний, а зависимость системы от времени описывать с помощью параметров, контролирующих наиболее медленный процесс. [c.14]

Рнс. 132. Схема связей в равновесной термодинамике [c.218]

Рис. 133. Схема связей в равновесной термодинамике с учетом временной и пространственной неоднородности среды

Заметим в заключение этого параграфа (отвлекаясь от основной его темы — возрастания энтропии), что мы несколько расширили рамки равновесной термодинамики и рассмотрели некоторые неравновесные процессы. Метод, который мы при этом использовали, заключался в замене реального неравновесного процесса эквивалентным воображаемым равновесным процессом. [c.119]

В противоположность этому, энтропия равновесного состояния полностью определяется заданием двух параметров а и уЗ, приобретающих тем самым фундаментальное значение в равновесной термодинамике. [c.182]

При изучении механики жидкости и газа обычно предполагается выполнимость законов классической (равновесной) термодинамики, в частности, существование для движущейся жидкости термического уравнения состояния [c.10]

Классическая термодинамика основана на немногих эмпирических результатах, которые были систематизированы, обобщены и сформулированы в виде трех законов . Эти законы позволяют вывести огромное число соотношений между различными величинами, характеризующими механические и тепловые процессы. Равновесная термодинамика занимает уникальное положение в физике в силу своей идеальной логической структуры. Однако термодинамике присущи свои слабости и недостатки. Прежде всего термодинамика дает соотношения между различными параметрами, но [c.142]

Хотя на первый взгляд мы хотим слишком многого, в действие тельности наши надежды осуществляются. Примером можег служить один простой, но очень важный слз ай,, которому будет посвящен разд. 17.7 система в состоянии теплового равновесия. Далее мы убедимся, что при этом реализуется первая возможность все равновесные векторы распределения лежат в П-под-пространстве. В результате вся обширная область равновесной термодинамики описывается одним лишь кинетическим вектором распределения. Другие важные неравновесные задачи будут изучаться в разд. 17.8. [c.206]

Любой макроскопический объект может рассматриваться как термодинамическая система. Современная термодинамика изучает как системы, находящиеся в равновесии, так и системы, не находящиеся в равновесии. В данном курсе преимущественно рассматривается равновесная термодинамика. (Но при этом некоторые выводы оказывается возможным сделать и о неравновесных системах.) [c.57]

В отличие от равновесной термодинамики характеристики неравновесных систем изменяются со временем, а интенсивные параметры (плотность, температура, давление и т. д.) имеют, как правило, разные значения в различных точках системы, т. е. зависят от координат. Основную роль в теории необратимых явлений играют потоки различных физических величин энергии, массы или числа частиц, теплоты, импульса, энтропии, электрического заряда и т. д., которые отсутствуют в равновесных состояниях. Причины возникновения потоков получили формальное название сил. Это могут быть градиенты интенсивных параметров или связанные с ними величины. Обычно предполагается линейная связь между потоками и силами. Коэффициенты пропорциональности, входящие в эти соотношения, называются кинетическими коэффициентами. В общем случае они являются функциями от термодинамических параметров состояния системы. [c.216]

В предыдущей главе мы видели, что ансамбли Гиббса позволяют вывести все соотношения равновесной термодинамики. Теперь мы хотим построить аналогичные ансамбли, соответствующие термодинамическому описанию неравновесных систем, когда наблюдаемые макроскопические величины зависят от времени. Такие обобщенные ансамбли Гиббса мы будем называть квазиравновесными ансамблями ). Для построения [c.79]

Основные положения термодинамики были сформулированы в середине XIX — начале XX века, и последующее ее развитие состояло в углубленном анализе фундаментальных принципов, со-вершенствовании математического аппарата и в разнообразных приложениях к решению научных и технических проблем. В настоящее время равновесная термодинамика представляет стройную теорию, являясь основой изучения тепловой формы движения материи. [c.3]

В седьмой главе изложена теория флуктуаций термодинамических величин в равновесных системах и рассмотрены ее приложения к обоснованию фундаментального положения неравновесной термодинамики — соотношений взаимности Онзагера. Представление о флуктуациях выходит за рамки классической равновесной термодинамики, и в учебных пособиях по термодинамике теория флуктуаций обычно не излагается. Теория флуктуаций использует как положения классической термодинамики, так и выводы статистической механики. В связи с этим изложены некоторые положения классической равновесной статистической механики Гиббса и на их основе дан вывод формулы Больцмана для расчета флуктуаций термодинамических величин в изолированных системах и далее — в открытых системах, обменивающихся с окружающей средой энергией и веществом. Рассмотрены условия термодинамической устойчивости систем по отношению к непрерывным изменениям параметров состояния и их взаимосвязь с флуктуациями термодинамических переменных. Получены выражения для средних квадратов флуктуаций основных термодинамических величин. Проанализированы границы применимости термодинамической теории флуктуаций особое внимание уделено предположе- [c.5]

Дальнейшее обобщение и развитие энергетических концепций стали возможны на основе фундаментальных законов термодинамики. Трибосистема с позиций термодинамики необратимых процессов, как отмечалось выше, при определенных условиях является открытой термодинамической системой, обменивающейся энергией и веществом с окружающей средой. Известно, что в термодинамике неравновесных систем в отличие от равновесной термодинамики изучают изменения состояний, протекаюи ,ие с конечными, отличными от нуля скоростями. Предмет исследования - переносы массы, энергии, вызванные различными факторами, называемыми силами. Причиной возникновения потока всегда являются различия в значениях термодинамических сил температуры, давления и концентрации или их функции, т.е. перепады, или градиенты. Поэтому поток теплоты в трибосистеме появляется, если возникает градиент температуры, а поток вещества есть следствие наличия градиента концентрации и т.д. Следовательно, термодинамические силы представляют собой градиенты, характеризующие удаленность трибосистемы от термодинамического равновесия. Суть применения законов классической термодинамики к неравновесным системам заключается в предположении о локальном равновесии внутри малых элементов областей системы. Представление о локальном равновесии позволяет изучать больп1ое число практически важных неравновесных систем, к которым с полным основанием можно отнести и трибосистемы. При этом все уравнения сохраняют свою ценность по отношению к малым областям, а значит, и общность описываемых ими закономерностей. Так, уравнение Гиббса, показываюилее зависимость внутренней энергии U от энтропии S, объема и химических потен- [c.107]

Однако нммотря на достаточно частое отсутствие температурного равновесия между электронами и ионами в плазме, очень большой круг практических задач можно рассматривать с позиций равновесной термодинамики Для многих прикладных задач часто используется так называемое локальное термодинамическое равновесие. Под таким равновесием понимается состояние, при котором внутри каждого малого объема плазмы имеет место полное термодинамическое рав 10Е1есне, но температура является медленно меняющейся функцией координат. При этом должны выполняться условия г % X, и Т [c.394]

Примерно в это же время метод Р, Г был перенесён К. Вильсоном (К. Wilson) из КТП в теорию критических явлений и использован для вычисления характеристик фазовых переходов. Впоследствии этот метод был плодотворно использован в др. разделах теоретич. физики теории турбулентности, физике полимеров, теории переноса, маги, гидродинамике и нек-рых других, содержащих статистич. описание физ. явлений. Основой для применения методов Р. г. в отд. случаях служит теорема эквивалентности задачи вычисления корреляционных функций данной статистич. модели и задачи вычисления Грина функций век-рой квавтовоиоле-вой модели. Первоначально такая эквивалентность была установлена для статистич. моделей равновесной термодинамики, а затем этот результат был распространён иа ряд задач стохастич. динамики. [c.339]

Для аналитического исследования методами равновесной термодинамики потоков влажного пара используются следующие упрощающие предпосылки а) состояние вещества изменяется квазистатически, т. е. поток находится все время в термодинамическом равновесии б) размеры тел в трехмерном пространстве предполагаются достаточно значительными, в связи с чем исключается влияние поверхностных явлений в) действительное распределение параметров потока заменяется одномерным. [c.9]

Изучение открытых систем - одно из перспективных направлений термодинамики завтрашнего дня. Самоорганизация в открытых системах всегда выступала как островок сопротивления второму началу равновесной термодинамики, которое предсказывает дезорганизацию и разрушение структуры в изолированной системе при эволюции к равновесию. Заслугой неравновесной термодинамики является установление того факта, что самоорганизация - общее свойство открытых систем. При этом именно неравновесность служит источником упорядоченности. Этот вывод послужил отправной точкой для идей синергетики, выдвинутых чеными Брюссельской школы во главе с И. Пригожиным. [c.67]

Еще Бриджменом [502] было установлено, что, подвергнув механическую смесь порошков одновременному действию гидростатического давления и сдвиговых напряжений, можно получить однородный твердый раствор даже в том случае, если в равновесных условиях смешанные компоненты практически нерастворимы друг в друге. Позже было обнаружено аномальное увеличение скорости твердофазных химических реакций, которые в негидростатически напряженной смеси компонентов могут протекать в детонационном режиме [502—504]. На базе этих эффектов в последние годы разработана новая технология получения сплавов и композиционных материалов, получившая название механического легирования. Это позволило создать дисперсно-упрочненные сплавы, состоящие из легированной металлической матрицы и равномерно распределенных в ней высокодисперсных частиц, не взаимодействующих с матрицей вплоть до температуры плавления, легированные порошки, новый класс интерметаллидов и другие материалы. Теория МЛ, базирующаяся на представлениях равновесной термодинамики, была развита Бенджамином [505]. Однако с термодинамической точки зрения МЛ — сильно неравновесный процесс, кинетика которого контролируется самоорганизацией диссипативных структур (ДС) на различных стадиях МЛ. Это означает, что целенаправленное совершенствование технологии и оптимизация режимов обработки возможны только с учетом подходов синергетики деформируемых сред [10]. [c.309]

Возникшие в XIX в. две величайшие теории — термодинамика равновесных и слабо неравновесных систем и теория эволюции Дарвина — долгое время считались идейно противоречашими друг другу. Второе начало термодинамики, утверждающее, что энтропия изолированной системы может только возрастать при неравновесных процессах или оставаться постоянной в равновесии, соответствует тенденции к хаотизации, что позволяет назвать равновесную термодинамику теорией разрушения структур . С другой стороны, теория эволюции утверждает, что в живой природе происходит самоорганизация вещества, возникновение все более сложных и самовоспроизводящихся структур. В связи с этим возникали спекулятивные теории , согласно которым законы термодинамики, и в частности, второе начало, неприменимы к живой материи. Ясно, что закон возрастания энтропии, относящийся к замкнутым системам, не имеет отношения к живым организмам, обменивающимся с окружающей средой энергией и веществом. [c.584]

Благодаря такому свойству свободной энергии статистическая сумма играет важнейшую роль в равновесной статистической механике. Нам не приходится рассчитывать каждую новую термодинамическую функхщю по отдельности, ибо Z Т, У", N) заключает в себе всю информацию о термодинамически равновесных свойствах системы. В этом смысле можно утверждать, что проблема равновесной термодинамики в принципе полностью решена. Разумеется, расчет статистической суммы в явном виде — совсем не простая задача в обш ем случае он связан со значительными математическими трудностями. Однако трудности эти носят скорее технэтеский , нежели принципиальный характер, поскольку в каждом случае известно, что мы хотим вычислить. [c.148]

В гл. 4—6 мы изложили основной метод равновесноЁ статистической механики. Коротко идею этого метода можно сформулировать следующим образом. Исходя из принципа равных априорных вероятностей, можно сконструировать определенное число равновесных ансамблей. Из них наиболее важны канонический и большой канонический ансамбли в термодинамическом пределе они становятся эквивалентными. Затем демонстрируется, что нормировочные множители — статисттеские суммы, соответствующие этим ансамблям,— содержат всю информацию, необходимую для вычисления термодинамических величин. Следовательно, проблема равновесной термодинамики сводится к вычислению статистической суммы. [c.254]

Равновесная и неравновесная термодинамики существенно различаются и своей методологией. Равновесная термодинамика посвящена исследованию свойств одной известной функции, а именно статистической суммы Z Т, 1Г, N) (либо производных понятий, таких, как большая статистическая сумма). Разумеется, статистическая сумма представляет собой весьма сложную функцию, исследование которой требует самого изощренного математического аппарата. В неравновесной теории, наоборот, приходится иметь дело с бесконечной последовательностью неизвестных функций, соответствующих любым возможным начальным условиям. Совершенно очевидно,что нельзя требовать одинаково детального теоретического описания в обоих случаях. В неравновесной теории наша задача состоит в том, чтобы найти общие свойства для всех членов бесконечной последовательности. Именно в силу этого обстоятельства главный упор здесь делается на изучение закона эволюции во времени, т. е. на вывод дифференциального уравнения. Такое уравнение представляет собой не что иное, как математическое охгасание свойств всей упомянутой бесконечной [c.351]

Второе замечание касается связи изложенного метода построения ансамблей Г иббса с равновесной термодинамикой. Мы видели, что некоторые термодинамические величины вводятся как множители Лагранжа и определяются из дополнительных условий, наложенных на статистический ансамбль. Папример, температура Т и химический потенциал fi определяются условиями, что средние значения 7/ и полученные из статистического распределения (1.3.70), должны совпадать с заданными величинами (Я) и (7V) [c.61]

Современная термодинамика (2002) -- [ c.129 , c.130 , c.131 , c.132 , c.133 , c.134 , c.135 , c.136 , c.137 , c.138 , c.139 , c.140 , c.141 , c.142 , c.143 , c.144 , c.145 , c.146 , c.147 , c.148 , c.149 , c.150 , c.151 , c.152 , c.153 , c.154 , c.155 , c.156 , c.157 , c.158 , c.159 , c.160 , c.161 , c.162 , c.163 , c.164 , c.165 , c.166 , c.167 , c.168 , c.169 , c.170 , c.171 , c.172 , c.173 , c.174 , c.175 , c.176 , c.177 , c.178 ]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...