Reja: Sinergetika jarayoni. Termodinamika jarayoni

U insoniyatning shartli reflekslari uning muhandislik salohiyatiga mos kelmayotganidan xavotirda bo'lib, hozirgi ahvolimizning "tegib ket" xususiyatini ta'kidladi.
Fuller tabiiy falsafadagi 60 darajaga asoslangan yondashuvni soddalashtirish effektlari C.P. Snowning "ikki madaniyati" va natijada keng aholi o'rtasida ilmiy savodxonlik darajasi oshadi.
Sinergetikada asosiy narsa dastlab kiritilgan tartib-parametr tushunchasidir Ginzburg-Landau nazariyasi tasvirlash uchun fazali o'tish termodinamikada. Buyurtma parametrlari kontseptsiyasi Xaken tomonidan "qullik printsipi" ga umumlashtirilib, tez bo'shashtiruvchi (barqaror) rejimlarning dinamikasi, qoida tariqasida, faqat bir nechta "buyurtma parametrlari" ning "sekin" dinamikasi bilan to'liq aniqlanadi. (beqaror rejimlar). Buyurtma parametrlari makroskopik naqshni belgilaydigan beqaror rejimlarning amplitudalari sifatida talqin qilinishi mumkin.
Natijada, o'z-o'zini tashkil etish juda kamayishini anglatadi erkinlik darajasi makroskopik ravishda "tartib" ning ko'payishini aniqlaydigan tizimning (entropiyasi) (naqsh shakllanishi). Ushbu uzoq muddatli makroskopik tartib kichik tizimlarning mikroskopik o'zaro ta'sirlari tafsilotlaridan mustaqil. Bu go'yoki tushuntiradi o'z-o'zini tashkil etish fizika, kimyo va biologiyadagi juda ko'p turli xil tizimlardagi naqshlar.
termodinamika tizimdagi o'zgarishlar, tizimdagi tsikllar va oqim jarayonlari orqali termodinamik jarayonning uchta asosiy turini ko'rib chiqadi.
Tizimdagi o'zgarishlar bilan belgilanadi, a termodinamik jarayon a qismidir termodinamik tizim boshlang'ichdan finalgacha davlat ning termodinamik muvozanat. Dastlabki va yakuniy holatlar jarayonning belgilovchi elementlari hisoblanadi. Jarayonning haqiqiy yo'nalishi asosiy muammo emas va shuning uchun ko'pincha e'tiborsiz qoldiriladi. Bu "termodinamik jarayon" atamasining odatiy sukut bo'yicha ma'nosi. Umuman olganda, termodinamik jarayonning haqiqiy jarayoni davomida tizim termodinamik holatlar deb ta'riflab bo'lmaydigan jismoniy holatlardan o'tadi, chunki ular ichki termodinamik muvozanatdan uzoqdir. Bunday jarayonlar termodinamik nazariya uchun foydalidir.
Tizimga va tashqariga o'tkazmalar tsikli bilan belgilanadi, a tsiklik jarayon tsiklning bir necha bosqichlarida o'tkaziladigan, o'zgarmagan holda takrorlanadigan miqdorlar bilan tavsiflanadi. Tizimning bosqichma-bosqich holatlarini tavsiflash birinchi o'rinda turmaydi. Termodinamik holatning o'zgaruvchanligi kontseptsiyasi ishlab chiqilayotganda tsiklik jarayonlar termodinamik tekshiruvning dastlabki kunlarida muhim kontseptual qurilmalar edi.
Tizim orqali oqimlar bilan belgilanadi, a oqim jarayoni - bu aniq devor xususiyatlariga ega bo'lgan idishga va ichkariga kiradigan oqimlarning barqaror holatidir. Kema tarkibidagi ichki holat asosiy tashvish emas. Birlamchi xavotir miqdori oqim va chiqadigan materiallarning holatini, shuningdek, issiqlik, ish va issiqlik o'tkazuvchanligini tavsiflaydi. kinetik va potentsial energiya kema uchun. Oqim jarayonlari muhandislikka qiziqish uyg'otadi.
Tizimdagi o'zgarishlar bilan belgilanadigan termodinamik jarayon a ning o'tishidir termodinamik tizim boshlang'ichdan finalgacha davlat ning termodinamik muvozanat. Dastlabki va yakuniy holatlar jarayonning belgilovchi elementlari hisoblanadi. Jarayonning haqiqiy yo'nalishi asosiy muammo emas va ko'pincha e'tiborga olinmaydi. Termodinamik muvozanat holati, agar u termodinamik jarayonni boshlaydigan termodinamik operatsiya bilan to'xtatilmasa, o'zgarmas bo'ladi. Muvozanat holatlari har biri mos ravishda termodinamikaning to'liq to'plami bilan aniqlanadi holat o'zgaruvchilari, bu faqat tizimning hozirgi holatiga bog'liq, davlatni ishlab chiqaradigan jarayonlar bosib o'tgan yo'lga emas. Umuman olganda, termodinamik jarayonning haqiqiy jarayoni davomida tizim termodinamik holatlar deb ta'riflab bo'lmaydigan jismoniy holatlardan o'tadi, chunki ular ichki termodinamik muvozanatdan uzoqdir. Shuning uchun bunday jarayon muvozanatsiz termodinamika uchun qabul qilinishi mumkin, ammo muvozanatli termodinamikaga yo'l qo'yilmaydi, bu avvalo taraqqiyotning aniq sur'atlarida yo'l bo'ylab uzluksiz o'tishni tavsiflashga qaratilgan.
Umuman olganda bunday bo'lmasa ham, jarayonning muvozanat termodinamik holatlarining uzluksiz yo'li bilan tavsiflanishiga imkon beradigan darajada sekin yoki silliq tarzda amalga oshishi mumkin. Keyin u taxminan a tomonidan tavsiflanishi mumkin jarayon funktsiyasi bu yo'lga bog'liq. Bunday jarayon haqiqatan ham mumkin bo'lgan jismoniy jarayondan farqli o'laroq, cheksiz darajada sekin va haqiqatan ham differentsial geometriyadagi nazariy mashqlar bo'lgan "kvazi-statik" jarayon sifatida idealizatsiya qilinishi mumkin; bu idealizatsiya qilingan holda, hisoblash aniq bo'lishi mumkin, garchi bu jarayon tabiatda sodir bo'lmaydi. Bunday idealizatsiya qilingan jarayonlar termodinamika nazariyasida foydalidir.
Tizimga va undan tashqariga o'tkazmalar tsikli bilan belgilanadigan tsiklik jarayon tsiklning bir necha bosqichlarida o'tkaziladigan miqdorlar bilan tavsiflanadi. Tizimning bosqichli holatlarining tavsiflari juda kam yoki hatto qiziqtirilmasligi mumkin. Tsikl - bu cheksiz tez-tez, takroriy ravishda tizimni asl holiga qaytaradigan oz sonli termodinamik jarayonlarning ketma-ketligi. Buning uchun bosqichli davlatlarning o'zi tavsiflanmaydi, chunki aynan transferlar qiziqish uyg'otadi. Agar tsiklni cheksiz tez-tez takrorlash mumkin bo'lsa, unda holatlar o'zgarmas deb taxmin qilish mumkin. Bir necha bosqichli jarayonlar davomida tizimning holati takrorlanadigan holatlarning aniq tabiatidan ham kamroq qiziqishi mumkin. Agar bir necha bosqichli jarayonlar idealizatsiya qilingan va kvazi-statik bo'lsa, u holda tsikl muvozanat holatlarining uzluksiz rivojlanishi orqali yo'l bilan tavsiflanadi.
Tizim orqali oqimlar bilan belgilanadigan oqim jarayoni - bu aniq devor xususiyatlariga ega bo'lgan idishga va undan chiqadigan oqimning barqaror holatidir. Kema tarkibidagi ichki holat asosiy tashvish emas. Birlamchi tashvishlanish miqdori, oqim va chiqadigan materiallarning holatini, shuningdek, issiqlik, ish va idish uchun kinetik va potentsial energiyaning o'tkazilishini tavsiflaydi. Kiruvchi va chiqadigan materiallarning holatlari ularning ichki holatlaridan va butun tanalar kabi kinetik va potentsial energiyalaridan iborat. Ko'pincha, kirish va chiqish materiallarining ichki holatini tavsiflovchi kattaliklar ular o'zlarining ichki termodinamik muvozanat holatidagi jismlar deb taxmin qilinadi. Tez reaktsiyalarga ruxsat berilganligi sababli, termodinamik davolanish aniq emas, balki taxminiy bo'lishi mumkin.
Tarkibiga kiradigan idealizatsiyalangan termodinamik jarayonlar tsikliga misol Stirling tsikli
Kvazi-statik termodinamik jarayonni ingl grafik ravishda chizish tizimga idealizatsiya qilingan o'zgarishlar yo'li holat o'zgaruvchilari. Misolda to'rtta kvazi-statik jarayondan iborat tsikl ko'rsatilgan. Har bir jarayon bosim hajmida aniq belgilangan boshlanish va tugash nuqtalariga ega davlat maydoni. Ushbu aniq misolda 1 va 3 jarayonlar mavjud izotermik, 2 va 4-jarayonlar esa izoxorik. The PV diagrammasi kvazi-statik jarayonning ayniqsa foydali vizualizatsiyasi hisoblanadi, chunki bu jarayon egri chizig'idagi maydon miqdori ish ushbu jarayon davomida tizim tomonidan amalga oshiriladi. Shunday qilib ish a deb hisoblanadi jarayon o'zgaruvchisi, chunki uning aniq qiymati jarayonning boshlang'ich va oxirgi nuqtalari orasidagi aniq yo'lga bog'liq. Xuddi shunday, issiqlik jarayon davomida uzatilishi mumkin va u ham jarayon o'zgaruvchisidir.
An izobarik jarayon doimiy bosim ostida sodir bo'ladi. Bunga silindrda harakatlanuvchi piston bo'lishi mumkin, shunda tsilindr ichidagi bosim har doim atmosfera bosimida bo'ladi, garchi u atmosferadan ajralib tursa. Boshqacha qilib aytganda, tizim dinamik ravishda bog'langan, harakatlanuvchi chegara bo'yicha, doimiy bosimdagi suv omboriga.
An izoxorik jarayon hajmi doimiy ravishda ushlab turiladigan, natijada tizim tomonidan bajariladigan PV ishi nolga teng bo'ladi. Boshqa tomondan, tizimda izoxorik usulda ish olib borilishi mumkin, masalan, tizim ichida joylashgan aylanadigan belkurakni harakatga keltiruvchi val. Bundan kelib chiqadiki, bitta deformatsiyaning o'zgaruvchisining oddiy tizimi uchun tizimga tashqi tomondan uzatiladigan har qanday issiqlik energiyasi ichki energiya sifatida singib ketadi. Izoxorik jarayon an deb ham ataladi izometrik jarayon yoki an izovolumetrik jarayon. Masalan, yopiq qalay qutisini materialni olovga qo'yish. Birinchi taxminga ko'ra, quti kengaytirilmaydi va faqat o'zgarish tarkibidagi harorat va bosimning oshishi bilan tasdiqlanadigan ichki energiyaga ega bo'ladi. Matematik, . Tizim dinamik ravishda izolyatsiya qilingan, qattiq chegara bilan, atrofdan.
Tabiatda faqat tabiiy jarayonlar sodir bo'ladi. Termodinamika uchun tabiiy jarayon bu ularning entropiyalari yig'indisini ko'paytiradigan va qaytarilmas tizimlar orasidagi uzatishdir.[1] Tabiiy jarayonlar o'z-o'zidan paydo bo'lishi yoki a da qo'zg'atilishi mumkin metastable yoki beqaror tizim, masalan, to'yingan bug 'kondensatsiyasida.[3]
Vaziyatning termodinamik funktsiyalari o'rtasidagi muvozanat munosabatlarini aks ettiruvchi grafik sirtlarning geometriyasini tavsiflash uchun xayoliy ravishda "qaytariladigan jarayonlar" haqida o'ylash mumkin. Ular grafik yuzalar bo'ylab yo'llarni kuzatadigan qulay nazariy ob'ektlardir. Ular "jarayonlar" deb nomlanadi, ammo har doim qaytarib bo'lmaydigan bo'lgan tabiiy jarayonlarni ta'riflamaydilar. Yo'llardagi nuqtalar termodinamik muvozanat nuqtalari bo'lganligi sababli, yo'llar tasvirlangan "jarayonlar" ni xayoliy "qaytariladigan" deb hisoblash odatiy holdir.[1] Qayta tiklanadigan jarayonlar har doim kvazistatik jarayonlar, ammo aksincha har doim ham to'g'ri kelavermaydi.