Система далекая от равновесия

Междисциплинарный подход к изучению явлений В последнее время при анализе сложных процессов наметилась устойчивая тенденция к осуществлению междисциплинарного подхода, корни которого следует искать в работах В.И. Вернадского [1]. Что такое междисциплинарный подход Это - подход к решению научных проблем, основанный на объединении двух И более научных направлений под эгидой какой-либо обобщающей концепции с целью получения новых результатов. Все чаще такими концепциями выступают концепции синергетики, занимающейся изучением процессов самоорганизации и распада структур в системах, далеких от равновесия. [c.230]

Понятие фрактала было введено первоначально как геометрический образ, однако естественные фракталы, самоорганизующиеся в физических системах, далеких от равновесия, являются более сложными структурами и характеризуются иерархией соподчинения статических фрактальных ансамблей, соответствующих разным структурным уровням [6, 7]. [c.232]

Подходы линейной механики разрушения неприменимы для анализа рассеянного разрушения, когда впереди трещины возникает множество микротрещин. Проблема их учета связана с рассмотрением эффектов коллективного взаимодействия микротрещин. Ответы на эти вопросы способна дать фрактальная кинетика разрушения, рассматривающая разрушение как неравновесный фазовый переход в системе, далекой от равновесия. [c.131]

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]

Синергетика занимается изучением процессов самоорганизации, устойчивости и распада структур различной природы, формирующихся в системах, далеких от равновесия. Они являются общими для живой и неживой природы. Общность заключается в том, что и биологическим, и химическим, и физическим, и другим неравновесным процессам свойственны неравновесные фазовые переходы, отвечающие особым точкам — точкам бифуркаций, по достижении которых спонтанно изменяются свойства среды, обусловленные самоорганизацией диссипативных структур [5]. Движущей силой самоорганизации диссипативных структур является стремление открытых систем при нестационарных процессах к снижению производства энтропии. [c.6]

Ответы на все эти вопросы способна дать квантовая механика дефектов [260—265] и фрактальная кинетика разрушения [9, 11], рассматривающая разрушение как неравновесный фазовый переход в системе, далекой от равновесия, и учитывающая влияние дискретности среды на показатели сопротивления разрушению с помощью фрактальной размерности диссипативной структуры, контролирующей это разрушение. [c.143]

Связь золотой пропорции с отношением теоретической прочности на сдвиг и отрыв. Для того чтобы перейти к анализу фрактальных структур в системах, далеких от равновесия (каковым является деформируемое твердое тело), рассмотрим свойства критических точек. [c.159]

В цикле работ И. Пригожина с соавторами (см., например, [37, 38]) развита термодинамическая теория образования упорядоченных (в пространстве или во времени) структур в макроскопических системах, далеких от равновесия. Эта теория была использована авторами для объяснения возможности существования и описания диссипативных структур в гидродинамических, химических и биологических системах. Попытаемся распространить принципы нелинейной термодинамики на процессы структурообразования при пластической деформации кристаллических твердых тел. Рассмотрим принципиальную схему такого подхода. [c.74]

В системе, далекой от равновесия, это оказывается возможным вследствие разной зависимости от внешних условий членов, связанных с производством и потоком энтропии [28]. [c.90]

Системы, далекие от равновесия [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]

Реакция (3.8) автокаталитическая — в ней продукты реакции являются ее катализаторами и ускоряют протекание самой реакции. Свободный ион Вг реакции (3.7) действует как сильный ингибитор (замедлитель) реакции (3.8). Поэтому вначале протекает только реакция (3.7), пока все ионы Се + не превратятся, в Се +. Затем начинается весьма быстротекущая реакция (3.8), все ионы Се + превращаются в Се +, и процесс начинается сначала. В результате возникает периодическая временная структура, для которой характерно изменение цвета раствора от красного (избыток Се +) к синему (избыток Се +) и обратно. Колебания окраски происходят с периодом около 4 мин и продолжаются до до тех пор, пока не израсходованы все реагенты, т. е. пока система далека от термодинамического равновесия. [c.35]

Выше отмечалось, что вследствие диффузионного характера процесса система металл — шлак—-газ далека от равновесия. [c.64]

Открытые системы разделяют на два типа близкие к равновесию и далекие от равновесия. В открытых системах, близких к равновесию, могут возникать термодинамически организованные структуры в сочетании с элементами неравновесности. Поведение открытых систем, далеких от равновесия, описывается уравнениями нелинейной термодинамики. [c.217]

Кристаллические структуры твердых тел являют собой яркий пример организации. С развитием синергетики утвердился термин "самоорганизация". В чем же различие между процессами организации и самоорганизации Понятие организации относится к процессам, близким к равновесным, при которых движущей силой развития является стремление системы к минимуму свободной энергии. Самоорганизация структур связана с переходом через кризис (неустойчивость системы) в условиях, далеких от равновесия. Движущей силой процесса в этих условиях является стремление системы к минимуму производства энтропии. [c.238]

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

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]

В связи с этим, диссипативными структурами называют высокоупорядоченные самоорганизующиеся образования в системах, далеких от равновесия, обладающие определенной формой и характерными пространственно-временными размерами они устойчивы относительно малых возмущений и характеризую гея временем жизни и областью зшкализации. Этим они отличаются от равновесных структур. Кроме того, следует выделить следующие специфические свойства диссипативных структур [c.60]

В последнее время наметилась устойчивая тенденция к осуществлению междисциплинарного подхода, корни которого следует искать в работах В.И. Вернадского, Что такое междисциплинарный подход Это - подход к решению научных проблем, основанный на объединении двух и более научных направлений под эгидой какой-либо обобщающей концепции с целью получения новых результатов. Все чаще такими концепциями выступают концепции синергетики - науки, берущей свое происхождение от греческого слова "синергос", что означает "вместе действующий". Синергетика занимается изучением процессов самоорганизации и распада структур в системах, далеких от равновесия. Все дело в том, что эти процессы являются общими для живой и "неживой" природы. Они могут быть одинаково применимы как к физике, химии, так и к биологии и другим областям науки. [c.9]

Таким образом, диссипативные структуры — это высокоупорядоченные самоорганизующиеся образования в системах, далеких от равновесия, обладающие определенной формой и характерными пространственно-временными размерами, они устойчивы относительно малых возмущений. Важнейшие характеристики диссипативных структур — время жизни, область локализации и фрактальная размерность. Диссипативные структуры отличаются от равновесных тем, что для своего существования они требуют постоянного притока энергии извне, так как по определению, их самоорганизация связана с обменом энергией и веществом с окружающей средой. [c.23]

Однако, чем же отличается живой организм от кристалла Э. Шре-дингер назвал живой организм апериодическим кристаллом, т.к. он состоит из большого числа атомов (например, некоторые бактерии содержат около 10 атомов). Принципиальное различие между живым к неживым, например кристаллом, заключается в том, что организм упорядочен как диссипативная система, далекая от равновесия, а кристалл упорядочен равновесно. [c.62]

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]

Г. Хакен [6], рассматривая подходы к описанию систем, далеких от равновесия, также отмечает возможность говорить в определенном смысле об обобщенном дарвинизме, действие которого распространяется не только на органический мир, но и на неорганический возникновение макроскопических структур обусловлено рождением коллективных мод или комбинации таких мод. При этом решающую роль играет параметр "время". Это означаеч необходимость исследования эволюции системы во времени. [c.31]

Уже признано, что расплавы являются кластеризированной средой и что для описания поведения такой среды при нагрузке требуется использование термодинамики открытых систем. Это связано с тем, что в рамках термодинамики Д. Гиббса нельзя описывать возникновение и устойчивость атомных кластеров ввиду их малых размеров. В этом случае необходимо использование принципов макродинамики и синергетики, описывающих поведение систем далеких от равновесия, в точках неустойчивости системы, связанных с неравновесными фазовыми переходами. [c.220]

При рассмотрении теплопроводности на первый взгляд можно ожидать аналогичного соотношения между отклонениями от равновесия для электронов и фононов. В п. 14 мы вычислили значение djldt] для теплопроводности, считая, что фононы находятся в равновесии, однако в действительности последнее, как следует из п. 19, не имеет места. Наоборот, в п. 19 dNjdt было получено в предположении, что в равновесии находятся электроны. Можно показать теперь, что каждая система, действуя на другую, стремится восстановить ее истинное равновесие независимо от того, насколько далеко от равновесия находится она сама. [c.286]

При 0, ->0 Это положение равновесия переходит в (2.56). Если и i 3 малы, то понедекие системы такое же, как системы (2.30), т. е., если закрытая обратимая система далека от положения термодинамического равновесия, то ее поведение совпадает с поведением открытой необратимой системы. [c.57]

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]

В процессе расплавления завалки и продувки ванны кислородом в течение 15—20 мин система металл — шлак далека от равновесия. По данным Е. И. Кадинова [38], коэффициент распределения хрома между шлаком и металлом в конце продувки не превышает 5,0 при истинной величине его на лабораторных плавках, равной 96,0. [c.63]

Известно, что нет в природе материала тверже алмаза [421]. Его структура, отвечающая идеальному сверхтвердому материалу, является моделью неравновесных структур под напряжением VI (максимального) уровня. Алмаз, как и графит, состоит из углерода. Решетка графита может быть перестроена в решетку алмаза путем увода системы далеко от термодинамического равновесия за счет создания градиента температур и напряжений. Это позволяет создавать динамические структуры, отвечающие V уровню неравновесности структуры. Речь идет о формировании в указанных условиях сдвиго-неустойчивых фаз, обеспечивающих деформацию материала за счет сдвига на их границах. Образующиеся при этом аномально высокие диффузионные потоки создают условия для само-организованной перестройки кристаллической решетки. Последнее означает, что получение искусственных алмазов — это создание условий для самоорганизации (а не организации) кристаллических структур. [c.261]

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]

Гречаный О.А. Статистическая теория необратимых процессов в системах, далеких от термодинамического равновесия. Киев Наук, думка, 1988. 210 с. [c.367]

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]

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]

Еще несколько десятилетий тому назад было замечено [59], что деформированные кристаллы обладают неустойчивостью структуры и свойств, особенно во внешних полях (механических и термических). Изложенный в настоящей главе экспериментальный и теоретический материал показывает, что нестабильность свойств деформированных кристаллов физически оправдана и, в принципе, не может быть устранена. Дело в том, что большинство практически важных свойств являются структурно чувствительными, а структурообразование является неотъемлемым свойством диссипативной системы в условиях, далеких от равновесия, при непрерывном притоке энергии и вещества. Самоорганизация такой системы (т. е. создание в ней структуры) является необходимым условием ее существования во внешнем механическом поле, т. е. в процессе деформации. После удаления внешнего поля структура грубо говоря, материалу не нужна, в ряде случаев она преобр.1зуется в кристаллическую с дефектами, а часто даже исчезает с помощью различных механизмов. В новом механическом поле возможно быстрое наступление структурной неустойчивости, связанное с потерей пластичности вследствие макроскопической локализации дефектов (см. п.3.2). [c.99]

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 ...