ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Вступительная статья из "Неравновесная термодинамика" В термодинамике два основных направления возникли почти одновременно в 1822 г. появилась работа Фурье Аналитическая теория тепла [1], а в 1824 г.— Размышления о движущей силе огня Карно [2]. Обе они основывались на понятии о теплороде как неуничтожаемом флюиде (благополучно перекочевавшем и в современные учебники под видом тепловой энергии) в обеих температура рассматривалась одинаково у Фурье как аналог потенциала, градиент которого является теплорододвижущей силой , у Карно как тепловой потенциал, разность значений которого определяет направление перехода теплорода, возможного лишь при Гг 7 . В сущности, оба определения тождественны. Время и производные по времени содержались только у Фурье, тогда как в работе Карно время не фигурировало, что наложило отпечаток на все развитие термодинамики и дало основание Брайяну поставить эпиграфом к его статье в Энциклопедии математических наук изречение Термодинамика не знает времени . Далее идеи Фурье развивались в наиравлении нахождения уравнений динамики различных процессов Ом [3] вывел в 1827 г. свой знаменитый закон, Фик [4] в 1855 г. — уравнения диффузии. [c.5] Понятие об обратимости и широкое использование в физике XIX века метода круговых процессов способствовало развитию у термодинамиков того времени некоторой схоластичности мышления — поисков доказательства существования обратимой энтропии, придумыванию механизмов для проведения обратимых циклов и обсуждению парадоксов и противоречий, возникавших при применении этого аппарата к реальным процессам. Постепенное расширение применений метода термодинамических потенциалов, особенно после обобщения его Гиббсом, изменило это положение. [c.6] Тем временем развитие идей Фурье шло своим путем, в направлении, во-первых, теоретической разработки чисто математических вопросов и, во-вторых, в направлении приложения теории к решению практических задач. Уже в 1822 г. появилась работа Навье [5], положившая основание гидродинамике вязких жидкостей. Обобщение идей, развитых, в частности, в работах Навье и в ряде других работ, привело в дальнейшем к созданию теории необратимых процессов. Однако оба направления развивались совершенно независимо. [c.6] Прошло много времени, прежде чем стало ясно (впрочем, даже в настоящее время не всем), что термодинамика, не знающая времени является фактически термостатикой, а уравнения Фурье — Ома — Фика и Навье — Стокса представляют собой эмбрион будущей термодинамики. Лишь изредка появлялись работы, в которых делались попытки найти уравнения, содержащие производные по времени и выражения, отражающие необратимость [6—8]. [c.6] Условие (2), несмотря на его внешнюю скромность, сыграло громадную роль в развитии термодинамики необратимых явлений. Сам Онсагер проверил его практическую значимость в большой (выполненной совместно с Фиссом) работе, посвященной изучению необратимых явлений (электропроводности, вязкости и диффузии) в растворах электролитов [10]. [c.7] Однако бурное развитие термодинамики необратимых явлений началось только после второй мировой войны, в значительной мере благодаря работам голландско-бельгийской школы (Пригожин, де Гроот, Мазур и их сотрудники). Пригожин предложил новый общий принцип — принцип наименьшего производства энтропии, оказавшийся для решения практических задач более удобным, чем принцип Онсагера. Как всегда бывает при бурном развитии какой-либо теории, основное внимание уделялось поискам новых принципов и решению новых частных задач, а не выяснению связи между принципами и сведению полученных результатов в стройную дедуктивную схему. [c.7] Венгерский физик И. Дьярмати, первые работы которого были посвящены аксиоматике классической термодинамики [11], поставил вопрос о соотношении между принципами Онсагера и Пригожина и формах уравнений последующих приближений, поскольку уравнения Онсагера являются линейным приближением. Дьярмати и его сотрудникам удалось найти общие положения неравновесной термодинамики и проверить их правильность на ряде частных задач, а также наметить пути для формулировки более точных уравнений. Это создало возможности для чисто дедуктивного изложения основ возникшей новой ветви термодинамики. [c.7] Как показывает практика, изучение какой-нибудь научной дисциплины и особенно овладение ею в той мере, в какой это необходимо для самостоятельной работы, проходит наиболее успешно, если мы сразу знакомимся с критическим изложением принципиальных основ этой дисциплины и с общими методами решения частных задач. Такие методы, как, например, метод термодинамических потенциалов Гиббса, дают возможность любому решать задачи термостатики, не придумывая для каждой задачи особого кругового процесса, как это было ранее. Дьярмати как раз предлагает такой метод. Излагая неравновесную термодинамику на языке теории поля, он открывает внимательному читателю путь для решения любых задач, правда, пока в линейном приближении. В книге рассматриваются лишь традиционные задачи — теплопроводность, диффузия и гидродинамика. [c.8] ВЯЗКОЙ жидкости, но они решаются различными методами, что дает возможность читателю лучше понять как самые методы, так и постановку задач ). [c.9] Следует отметить также, что принцип Дьярмати , объединяющий сформулированные раньше принципы Онсагера и Пригожина, является вариационным принципом,, т. е. записан на наиболее общем языке теоретической физики. Это облегчает его сравнение с другими общими физическими принципами. Помимо новизны излагаемых идей, достоинством книги является строгая дедуктивность изложения. [c.9] Постараемся теперь кратко осветить наиболее существенные результаты, полученные за последние годы после выхода венгерского издания книги Дьярмати им и его сотрудниками (которые заслуженно могут быть названы венгерской школой термодинамики необратимых процессов). Полученные Дьярмати и его школой результаты касаются формулировки общих принципов, их обобщения на нелинейные проблемы и решения задач о выводе уравн-ений для турбулентного течения. [c.9] Таким образом, мы пришли к общеизвестным уравнениям Рейнольдса. [c.16] Кратко излагая полученные за последнее время результаты, мы прежде всего стремились показать читателю, что созданное Дьярмати новое направление в термодинамике быстро и успешно развивается. Необходимо отметить, что это развитие пока идет почти исключительно в направлении создания общей феноменологической теории. Развитие физики за последние годы показало, что окружающий нас мир гораздо сложнее, чем это казалось наивным рационалистам типа Лапласа, и что наши представления о нем нуждаются в непрерывном расширении и исправлении (в чем, может быть, и состоит наибольшая привлекательность научного исследования). Возможно, что развитие термодинамики необратимых явлений поможет найти новый единый закон термодинамики, включающий и закон сохранения энергии и закон увеличения энтропии. Во всяком случае, изложение термодинамики, отражающее современное ее состояние, должно способствовать правильному пониманию сущности второго закона. [c.18] Статистическая теория необратимых процессов также быстро развивается, как это ясно из обзоров Пригожина [21] и Зубарева [22] (отметим, что вторая книга отличается последовательностью и ясностью изложения, не часто встречающимися в научной литературе последних лет). [c.18] Говоря о тенденциях, существующих в современной термодинамике, хотелось бы попутно отметить, что терминология, установившаяся в русской литературе по необратимой термодинамике, не всегда удовлетворительна. Наиболее неудачным нам представляется термин производство энтропии , поскольку точный смысл слова производство подразумевает наличие действий, руководимых каким-то посторонним сознанием, тогда как энтропия возникает всегда помимо нашего желания и воли. Однако в силу сложившейся традиции в переводе сохранен термин производство энтропии . [c.18] В заключение хотелось бы поблагодарить автора за присланные к русскому изданию предисловие и список дополнительной литературы. [c.19] Вернуться к основной статье