ЭЛЕМЕНТЫ НЕРАВНОВЕСНОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ

Глава X. ЭЛЕМЕНТЫ НЕРАВНОВЕСНОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ [c.562]

Изложение неравновесной термодинамики составляет содержание специального курса, в рамках же курса классической термодинамики следует рассмотреть лишь элементы термодинамики неравновесных процессов. [c.288]

Книга полезна студентам и аспирантам, поскольку в ней на основе современных принципов научного направления Синергетика, описывающего эволюцию открытых систем с позиций неравновесной термодинамики, обобщены представления о закономерности развития трещин в металлах. Наконец, книга может быть полезна для общего образования людей, которые не связаны непосредственно с анализом процессов разрушения, но хотят составить свое представление об уровне обеспечения их безопасности полетов на ВС, в которых допускаются такие повреждения, как распространяющиеся усталостные трещины, но предусмотрено их своевременное выявление до достижения элемента конструкции предельного состояния. [c.17]

Основная идея неравновесной термодинамики состоит в том, что термодинамич. равенства должны выполняться для элемента среды, движущегося с массовой скоростью. Из (15) следует, что для этого необходимо, чтобы [c.618]

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]

Сразу видно, что уравнения (5.3.41) и (5.3.49) имеют совершенно одинаковую структуру. Эта аналогия между уравнениями для средних значений базисных переменных и уравнениями для корреляционных функций бывает весьма полезной в конкретных задачах. В самом деле, решая приближенно цепочку уравнений для корреляционных функций, можно явно вычислить элементы матриц П и И( ). Тем самым мы получим явные выражения для коэффициентов в уравнениях (5.3.18) или (5.3.21), которые описывают макроскопическую эволюцию системы. С другой стороны, иногда макроскопические уравнения переноса (например, уравнения гидродинамики) могут быть выведены методами феноменологической неравновесной термодинамики. Тогда отмеченная выше аналогия позволяет получить асимптотические выражения для корреляционных функций через равновесные термодинамические величины и коэффициенты переноса. [c.381]

В феноменологической неравновесной термодинамике соотношение (8А. 10) обычно постулируется и выражает собой гипотезу о локальном равновесии элемента жидкости в сопровождающей системе координат [59]. [c.208]

В неравновесной термодинамике мезоскопическим называется масштабный уровень, раз.меры которого много больше размера элемента системы, но много. меньше размера всей системы [8]. [c.105]

Все реальные процессы, наблюдаемые в природе, необратимы, что обусловлено существованием внутреннего теплообмена — передачей термодинамической системе (рабочему телу) тепла, возникающего в результате необратимых превращений работы (трение, электронагрев, диффузионные процессы и т. п.), а также в результате прямого теплообмена между элементами неравновесных систем. Необходимость включения внутреннего теплообмена в состав основных элементов энергетического баланса термодинамических систем становится очевидной уже в стадии формирования основных понятий термодинамики например, в определении теплоемкости тела, как величины отношения количества тепла к изменению температуры, должен быть предусмотрен полный теплооб- [c.3]

В общем случае силы и потоки взаимосвязаны, однако эта возможность ограничена общим принципом симметрии, который утверждает, что макроскопические причины всегда обладают меньшим или равным числом элементов симметрии, чем действия, которые они вызывают. Принцип симметрии был впервые сформулирован Пьером Кюри [4], но не в контексте термодинамики. В неравновесную термодинамику этот принцип был введен Пригожиным [5], что дало возможность, основываясь на симметрии, исключить сопряжение между определенными силами и потоками. Здесь будем ссылаться на этот принцип, называя его принципом симметрии в ряде учебников этот принцип называется принципом Кюри. Например, скалярная термодинамическая сила — химическое сродство, имеющее очень высокую симметрию изотропии, не может вызывать тепловой поток, который обладает меньшей симметрией из-за своей направленности. В качестве явного примера рассмотрим систему, в которой происходит перенос теплоты и химическая реакция. Производство энтропии определяется следующим выражением [c.343]

С точки зрения Г.П. Гладышева [2], важным при изучении открытых систем, обменивающихся энергией и веществом с окружающей средой, является разделение термодинамических и кинетических факторов изучаемых явлений и рассмотрение локального равновесия. Принцип локального равновесия означает справедливость всех уравнений термодинамики для бесконечно малых элементов массы (объема неравновесных систем). [c.22]

Суть применения законов классической термодинамики к неравновесным системам заключается в предположении локального равновесия внутри малых элементов областей системы. Представление о локальном равновесии позволяет изучать большое число неравновесных систем, в том числе и трибосистемы. При этом все уравнения термодинамики остаются справедливыми по отношению к малым областям и сохраняют общность описываемых ими закономерностей. Так, уравне- [c.113]

Из статистического толкования второго начала следует, что увеличение энтропии изолированной системы отражает лишь наиболее вероятные, но не все возможные направления действительных процессов. Как бы ни мала была вероятность какого-либо процесса, приводящего к уменьшению энтропии, все же этот процесс когда-либо, т. е. через достаточно большой промежуток времени, произойдет. время Изменение состояния изолированной системы за какой-либо определенный и притом до-- Рис. 3-24. статочно большой промежуток времени, понятно, не может не быть аналогичным (конечно, только в самом общем плане) изменению состояния ее в любой из предшествующих промежутков времени равной величины (если только составляющие систему частицы, рассматриваемые в самом широком понимании как структурные элементы системы, не меняются, т. е. не превращаются беспредельно друг в друга и в новые частицы). Вследствие этого каждое из состояний системы повторяется (в более или менее сходной форме) с частотой тем большей, чем больше вероятность данного состояния. Поэтому изменение энтропии изолированной системы протекает во времени так, как показано на рис. 3-24. Подавляющее время системы находится в равновесном состоянии, отвечающем максимальному значению энтропии системы отклонившись от этого состояния, система возвращается к нему, причем если наблюдать систему достаточно долго, то случаи увеличения и уменьшения энтропии будут встречаться одинаково часто. При этом время повторяемости какого-либо отклонения системы от равновесного состояния тем больше, чем меньше вероятность данного неравновесного состояния, и быстро возрастает с увеличением размеров системы. Для обычных условий оно настолько велико, что требуются практически недостижимые промежутки времени для того, чтобы наблюдать обращение какого-либо из макроскопических процессов. Вследствие этого процессы, являющиеся необратимыми с точки зрения обычной (т. е. феноменологической) термодинамики, будут представляться практически необратимыми и со статистической точки зрения. [c.103]

Для успешного решения этих задач решающее значение приобретает развитие таких разделов науки, как термодинамика необратимых процессов, теория турбулентного движения неизотермических неоднородных потоков, теория неравновесных процессов, теория движения многофазных многокомпонентных систем с дискретными элементами, а также разработка методов определения и получения экспериментальных данных о физических свойствах веществ при весьма высоких температурах, давлениях и концентрациях. [c.9]

Пособие содержит традиционные (для своего названия) разделы, посвященные строению атомов и молекул, периодическому закону и Периодической системе элементов, природе химических связей, основным понятиям химической термодинамики и кинетики, химическому равновесию, обменным и окислительно-восстановительным процессам. Изложены также принципы и концепции, составляющие теоретический арсенал современной химии, теории неравновесных процессов от законов линейной неравновесности до концепций смены качества. [c.190]

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]

Часть III. ЭЛЕМЕНТЫ КИНЕТИКИ И ТЕРМОДИНАМИКИ НЕРАВНОВЕСНЫХ ПРОЦЕССОВ [c.449]

Физическое содержание этого уравнения состоит в сведении баланса изменения во времени числа молекул в элементе объема. Молекулы обладают скоростями в интервале значений dv за счет собственного — теплового движения молекул, и за счет столкновений друг с другом. Методы нахождения вида функций f излагаются в дополнительных главах статистической физики термодинамика неравновесных процессов [r — k). [c.79]

Формула перемещений выводится с использованием термодинамического потенциала Гиббса, который для данной системы на основании принципа локального равновесия получается простым суммированием его плотности по элементам объема конструкции. Возможность подобного использования термодинамики для такого, по-существу, неравновесного состояния (неравномерное поле температур) основывается, как известно, на том, что время установления теплового-равновесия на много порядков больше времени установления механического равновесия. Это и даёт возможность использовать в данном случае методы классической термодинамики. [c.55]

Будем рассматривать газ как две подсистемы, обменивающиеся энергией первая подсистема представляет собой совокупность поступательной и вращательной степеней свободы всех молекул газа вторая подсистема — совокупность колебательной степени свободы всех молекул. Подсистемы обмениваются энергией. Будем считать, что, хотя обмен энергией носит неравновесный характер, каждая из подсистем на любом этапе процесса подчиняется закономерностям равновесной термодинамики. Здесь очевидна аналогия с общим подходом. Описание уравнения состояния первой подсистемы дано в предыдущем пункте это есть совершенный однородный газ с постоянными теплоемкостями. Здесь существует аналогия с неравновесным обменом между различными элементами газового континуума, каждый из которых в то же время остается термодинамически равновесной системой. [c.35]

Данное нами определение свободной энергии неравновесного состояния может быть перенесено в статистическую термодинамику. Пусть имеется система с гамильтоновой функцией Н Х), где X в дальнейшем, как обычно, обозначает точку в фазовом пространстве — совокупность всех координат и импульсов системы, 4Х — элемент ее фазового объема. Значения любого внутреннего параметра системы — любой фазовой функцин Е(Х), соответствующие равновесию, равны средним значениям этой функции [c.264]

H. п. системы, в к-рых протекают неравновесные процессы, рассматриваются как непрерывные среды, а их параметры состояния — как полевые переменные, т, е. непрерывные ф-ции координат и времени. Для макроскопич. описания неравновесных процессов применяют след, метод систему представляют состоящей из элем, объёмов (элементов среды), к-рые всё же настолько велики, что содержат очень большое число ч-ц. Состояние каждого выделенного элемента среды характеризуется темп-рой, давлением и др. термодинамич, параметрами, зависящими от координат и времени. Количеств, описание. неравновесных процессов при таком методе заключается в составлении ур-ний баланса для элем, объёмов на основе законов сохранения массы, импульса и энергии, а также ур-ния баланса энтропии и феноменологич. ур-ний рассматриваемых процессов, выражающих потоки массы, импульса и энергии через градиенты термодинамич. параметров. Методы Т. н. п. позволяют сформулировать для неравновесных процессов 1-е и 2-е начала термодинамики в локальной форме (зависящей от положения элемента среды) получить из общих принципов, не рассматривая деталей вз-ствия ч-ц, полную систему ур-ний переноса, т. е. ур-ния гидродинамики, теплопроводности и диффузии для простых и сложных систем (с хим. реакциями между компонентами, с учётом эл.-магн. сил и др. факторов). [c.753]

Введенный вновь материал распределен по всем трем разделам книги. В качестве неполного перечня новых вопросов отметим в ч. I параграфы, посвященные изложению термодинамики диэлектриков и плазмы, парадоксу Гиббса и принципу Нернста, в ч. II — теорию орто- и парамодификаций, теорию тепловой ионизации и диссоциации молекул, дебаевское экранирование, электронный газ в полупроводниках, формулу Найквиста и особенно главу Фазовые переходы , в ч. III — параграфы Безразмерная форма уравнений Боголюбова , Методы решения уравнения Больцмана , параграфы, посвященные затуханию Ландау, кинетическому уравнению для плазмы и проблеме необратимости. Существенно переработана и расширена глава Элементы неравновесной термодинамики , в которой помимо более детального рассмотрения области, близкой к равновесию, введен параграф, посвященный качественному рассмотрению состояний, далеких от равновесия. [c.7]

Энтропия в неравновесной термодинамике может быть определена для таких неравновесных состояний, когда можно ввести представление о локальном равновесии термодинамическом в отд. подсистемах (напр., в малых, но мак-роскопич. объёмах). По определению, Э. неравновесной системы равна сумме Э. её частей, находящихся в локальном равновесии. Термодинамика неравновесных процессов позволяет более детально исследовать процесс возрастания Э. и вычислить кол-во Э., образующееся в единице объёма в единицу времени вследствие отклонения от тер-модинамич. равновесия — производство энтропии. Для пространственно неоднородных неравновесных систем второе начало термодинамики может быть записано в виде уравнения баланса для плотности энтропии S(x, t), где X—радиус-вектор физически бесконечно малого элемента среды [c.617]

Примером материалов подобного типа являются сплавы с памятью формы (или сверхупругие сплавы). В них структурным элементом, служащим обратной связью, является термоупругий мартенсит. При деформации сплава подводимая энергия расходуется на мартенситное превращение, а при снятии нагружения ввиду обратимости превращения она диссипируется. Созданные сплавы с памятью формы составляют основу для получения на базе неравновесной термодинамики неуставаемых материалов, способных бесконечно долго работать в условиях циклических нагрузок. [c.542]

В учебном пособии изложены основы термодинамической теории многокомпонентных гомогенных н гетерогенных систем и ее приложения к растворам неэлектролитов. Рассмотрена термодинамическая теория идеальных, бесконечно разбавленных и неидеальных растворов. Даны основы термодинамической теории фазовых равновесий, коллнгативных свойств растворов, термодинамической теории устойчивости. Описаны теория флуктуаций, влияние флуктуаций на свойства растворов и их взаимосвязь с необратимыми процессами. Рассмотрены элементы термодинамики неравновесных процессов. [c.2]

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]

ЛОКАЛЬНОЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ — одно из осн. понятий термодинамики неравновесных процессов и механики сплошных сред, равновесие в очень малых (элементарных) объёмах среды, содержащих всё же столь большое число частиц (молекул, атомов, ионов и др.), что состояние среды в этих физически бесконечно малых объёмах можно характеризовать темп-poii Т х), хим. потенциалами [Xf (x) и др. термоди-намич. параметрами, но не постоянными, как при пол-ном равновесии, а зависящими от пространств, координат X и времени. Ещё один параметр Л. т. р.— гидро-дипамич. скорость и(х) — характеризует скорость движения центра масс элемента среды. При Л. т. р. элементов среды состояние среды в целом неравновесно. Если малые элементы среды рассматривать приближённо как термодинамически равновесные подсистемы и учитывать обмен энергией, импульсом и веществом между ними на основе ур-ний баланса, то задачи термодинамики неравновесных процессов решаются методами термодинамики и механики. В состоянии Л. т. р. плотность энтропии на единицу массы является [c.606]

В классич. термодинамике изучают состояния теплового равновесия и равновесные (протекающие бесконечно медленно) процессы. Время явно не входит в осн. ур-ния термодинамики. Впоследствии (начиная с 30-х гг. 20 в.) была создана термодинамика неравновесных процессов. Состояние в этой теории определяется через плотность, давление, темп-ру, энтропию и др. величины (локальные тер-модинамич. параметры), рассматриваемые как ф-ции координат и времени. Для них записываются ур-ния переноса массы, энергии, импульса, описывающие эволюцию состояния системы с течением времени (ур-ния диффузии и теплопроводности, Навье — Стокса уравнения). Эти ур-ния выражают локальные (т. е. справедливые для данного бесконечно малого элемента объёма) законы сохранения указанных физ. величин. [c.315]

В деформируемом твердом теле в процессе эволюции системы формируются открытые подсистемы и самоорганизуются диссипативные структуры, определяющие нелинейное поведение системы. Как уже отмечалось, открытую систему в пределе, когда потоки энергии или вещества стремятся к нулю, можно представить как замкнутую. Деформируемое тело в целом является замкнутой системой [10], для которой справедливы соответствующие начала термодинамики. Однако даже на стадии упругой деформации, вследствие существенного различия характерных времен релаксации энергии и импульса Хр атомов и структурных элементов деформируемого тела, избыточная энергия внешнего воздействия кумулируется в локализованных сильно неравновесных областях [10]. Последние образуют открытую, способную к самоорганизации подсистему. [c.119]

Теперь можно несколько глубже рассмотреть утверждение, сделанное в разд. 2.1, согласно которому в классической термодинамике обсуждаются исключительно процессы перехода между устойчивыми состояниями. Это связано с тем, что в классической термодинамике мы рассматриваем вещество как некоторый континуум, не учитывая тем самым конкретную природу вещества и квантование энергии. Таким образом, в классической термодинамике мы можем работать лищь с макроскопическими свойствами системы. Следовательно, мы неизбежно должны сосредоточить свое внимание на устойчивых состояниях — ведь для точного определения неравновесного состояния системы необходимо дать точное описание каждого микроскопического элемента системы. Сделать же это невозможно, если не учитывать конкретную природу вещества и квантование энергии. [c.40]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...