Законы термодинамики. Термодинамические потенциалы. Термодинамика линейных процессов

Нелинейная термодинамика
Работами ряда авторов (И.Пригожина, П.Гленсдорфа) была развита термодинамика сильно неравновесных систем, в которых связь между термодинамическими потоками и силами перестает быть линейной. Это новое учение, получившее название нелинейной термодинамики, приводит к пониманию возможности спонтанного возникновения упорядоченных структур в различных сильно неравновесных открытых системах и к пониманию процесса самоорганизации.
Отдельные примеры подобных процессов были известны. Это об­разование ячеистой структуры в неоднородно нагретом горизонтальном слое жидкости, возникновение турбулентности, вихрей и т.д. Общим во всех явлениях образования упорядоченных структур при необратимых процессах в сильно неравновесных открытых системах является совместное (кооперативное) движение больших групп молекул. Немецкий ученый Г.Хакен предложил для таких процессов самоорганизации общий термин "синергетика". Самоорганизация протекает в сильно неравновесных условиях. Положения синергетики приемлемы не только для биологии, физики, химии, но и для метеорологии, социальных процессов, т.е. носят универсальный характер.
Физическая природа синергетики состоит в том, что в нелинейной области, вдали от равновесного состояния, система теряет устойчивость и малые флуктуации приводят к новому режиму - совокупному движению многих частиц. Установление самоорганизации в сильно неравновесных системах имеет важнейшее значение для физики, химии и особенно для биологии. Живые организмы и их различные органы представляют собой весьма неравновесные микросистемы, в которых существуют большие градиенты концентраций химических веществ, температуры, давления, электрического потенциала. Синергетика показывает, как законы природы приводят к появлению определенного порядка в неупорядоченных системах и затем к усложнению и развитию образовавшихся упорядоченных структур. М.Эйгеном было показано, что в сложных сильно неравновесных системах возможно возникновение записи информации в виде некоторого кода, с помощью которого управляется самовоспроизведение образовавшихся структур. Развитие нелинейной термодинамики позволяет высказать гипотезу, как с точки зрения физики могла возникнуть жизнь.
Нелинейная термодинамика коренным образом изменяет статус второго начала термодинамики. Действительно, этот закон, как видим, определяет и предсказывает не только разрушение структур при необратимых процессах вблизи равновесного состояния, но и возникновение структур при необратимых процессах вдали от равновесия открытой системы. Общая теория процессов самоорганизации в открытых сильно не­равновесных системах развивается в нелинейной термодинамике на основе установленного Гленсдорфом и Пригожиным универсального критерия эволюции. Этот критерий является обобщением принципа минимального производства энтропии на нелинейные процессы и состоит в том, что согласно этому критерию в любой неравновесной системе с фиксированными граничными условиями процессы идут так, что скорость изменения производства энтропии, обусловленная изменением термодинамических сил, уменьшается.
Упорядоченные структуры, возникающие согласно критерию Гленсдорфа-Пригожина при необратимых процессах в открытых системах вдали от равновесия в нелинейной области были названы