Изменение энтропии открытой системы

Изменение энтропии открытой системы [c.295]

Изменение энтропии открытой системы может происходить либо за счет протекания внутренних необратимых процессов внутри самой системы diS), либо за счет процессов обмена системы с внешней средой d S). Для химически реакционноспособных систем изменение /,5 может быть вызвано, например, протеканием реакций внутри системы, в то время как — подводом или отводом реагентов и продуктов из системы. [c.295]

Все рассмотренные выше термодинамические соотношения, раскрывающие смысл второго закона термодинамики, относятся к замкнутым системам. В открытых системах энтропия может изменяться в результате обмена вещества с внешней средой. Тогда в уравнении (235) появится дополнительный член, учитывающий изменение количества вещества (числа молей) в системе. Более подробно этот вопрос не будет здесь обсуждаться следует лишь упомянуть о том, что изучение открытых систем открывает возможность для применения второго закона термодинамики к живым организмам. Ранее вызывала сомнение сама возможность применения второго закона термодинамики к живым организмам, поскольку такие системы характеризуются сложными процессами (из почти бесструктурной клетки развивается сложно организованная система), связанными с понижением энтропии. В то же время в организме постоянно происходят необратимые процессы, вызывающие увеличение энтропии. Частично энтропия может передаваться во внешнюю среду в процессе теплообмена, в большей степени она переходит во внешнюю среду при обмене веществ. [c.241]

Постулируется, что общее изменение энтропии открытой системы (13) складывается из двух независимых частей [c.124]

В термодинамике необратимых процессов постулируется, что упомянутые составляющие /Д и являются независимыми, а общее изменение энтропии открытой системы равно их сумме [c.295]

Изменение энтропии открытой системы. Оно может происходить либо за счет [c.124]

Суммарное изменение энтропии в стационарном состоянии в открытой системе также равно нулю с15 = + ( 5 = 0. Однако при этом члены ( 5и ( 5, соответствующие процессам обмена системы с окружающей средой и внутренним необратимым процессам системы, могут быть отличны от нуля. [c.339]

Принципиальным успехом теории термодинамики необратимых процессов явилось нахождение взаимосвязи между скоростью производства энтропии за счет самопроизвольных необратимых процессов внутри открытой системы и установлением в ней стационарного неравновесного состояния. Иными словами, во многих случаях оказалось возможным по характеру изменения во времени величины предсказывать установление в открытой системе [c.339]

Разбиение величины изменения энтропии открытой системы на две составляющие Б и с1 8 позволяет легко обнаружить принципиальные различия в термодинамических свойствах открытых и изолированных систем. [c.296]

Организм есть термодинамически открытая система, в которой протекают химические реакции. Биохимические реакции на всех стадиях являются каталитическими, катализаторами служат белки — ферменты. Изменение энтропии такой системы выражается суммой энтропии, производимой внутри системы, 5, и энтропии, поступающей извне или уходящей во внешнюю среду, еЗ [c.17]

Принцип минимума прироста энтропии, или теорема Пригожина, представляет собой количественный критерий для определения общего направления самопроизвольных изменений в открытой системе, иными словами, критерий ее эволюции. По изменению величины ежесекундного прироста энтропии можно предсказать переход системы в конечное стационарное состояние, если все эти процессы протекают вблизи равновесия. [c.138]

Данный принцип минимума скорости производства энтропии, или теорема И.Пригожина (1947 г.), представляет собой количественный критерий для определения общего направления самопроизвольных изменений в открытой системе или, иными словами, критерий ее эволюции. Очевидно, что принцип минимума скорости производства энтропии полностью эквивалентен принципу минимума скорости диссипации энергии, который был сформулирован Онзагером в 30-е годы при рассмотрении частных задач электродинамики. [c.341]

При анализе очень сложной системы учитывают, что изменения в ней могут происходить в различных масштабах времени, соответствуюших разным процессам, начиная с небольших характерных времен быстрых взаимодействий наиболее реакционноспособных составных элементов и кончая большими временами эволюционных преврашений системы в целом. Как было показано в разд. 16.1.1, на разных масштабах времени для протекания процессов в пределах одной большой системы основан и постулат о возможности разбиения изменения энтропии открытой частично равновесной системы на две независимые части, связанные с внешними и внутренними переменными dS = d S + d S. При этом роль медленных процессов проявляется в процессах обмена с окружающей средой, а быстрые процессы представляют собой внутренние необратимые изменения. [c.394]

С позиций основного постулата термодинамики необратимых процессов о разделении приращения энтропии открытой системы на две независимые части удалось объяснить общие закономерности изменения энтропии в биологических системах. Было показано, что в стационарном состоянии скорость производства энтропии в ходе внутренних необратимых процессов в открытых системах достигает минимального положительного значения (теорема Пригожина). Эти результаты, однако, справедливы только вблизи равновесия в области линейной термодинамики . Именно здесь выполняются линейные соотношения между скоростями и движущими силами процессов, а также соотношения взаимности Онзагера. [c.5]

В замкнутой системе продукция энтропии может только убывать со временем. В открытой системе имеется обмен веществом с внешней средой, и полное изменение энтропии описывается выражением [c.320]

Отметим, что неравенство (VII.18) применимо также и к открытым системам. Для открытых систем поток энтропии й Е наряду с членом dQ T включает члены, связанные с переносом вещества. Выражение же для прироста энтропии за счет химических реакций внутри системы остается без изменений. [c.172]

В зависимости от соотношения скоростей изменения d S и d,S общая энтропия dS открытой системы может со временем либо увеличиваться, либо уменьшаться. [c.66]

Изменение энтропии в открытой системе складывается из продукции энтропии внутри системы (1 8 и из потока энтропии dfS, т. е. из выделения энтропии в окружающую среду или поступления энтропии в систему пз окружающей среды [c.308]

Взаимодействие системы с окружающей средой может выражаться в обмене веществом и энергией (открытые системы). Иногда весьма полезно рассматривать систему в идеализированном состоянии, когда ее взаимодействие с окружающей средой сведено к минимуму и объем сохраняется постоянным. В этом случае мы имеем дело с изолированными системами. В изолированных системах, несмотря на происходящие в них процессы и химические превращения, энергия остается неизменной. Изменение энергии системы может наблюдаться только в том случае, если будет нарушена ее изоляция и появится возможность энергетического взаимодействия с окружающей средой. Если система изолирована неполностью и имеет возможность изменять свой объем и обмениваться энергией с окружающей средой, то она называется (в отличие от изолированной) закрытой. Величины, характеризующие все физические и химические свойства системы, такие как температура, давление, объем, внутренняя энергия, энтропия, концентрация и т. д., называют термодинамическими параметрами состояния. [c.11]

Если внутри открытой системы достигнуты изотропность и равновесие в отношении распределения температуры и давления (но не химического состава системы) и процессы обмена со средой протекают равновесно, такая система может рассматриваться как находящаяся в частично равновесном состоянии. При этом общее изменение энтропии такой системы, как было показано, описывается выражением (16.5), где в условиях замкнутости системы (т.е. при отсутствии обмена веществом) / 6"= ЪО/Тописывает изменение энтропии открытой системы в результате ее равновесного теплообмена с окружающей средой. Таким образом, [c.298]

Открытая термодинамическая система, в противоположность закрытым, обменивается массами с окружающей средой путем непосредственного поступления или ухода различных отдельных компонентов. Очевидно, внутренняя энергия открытой системы изменяется с изменением масс компонентов даже при постоянстве энтропии и объема [c.5]

Изменение энтропии в открытых системах. Применение второго закона к биологическим системам в его классической формулировке приводит, как кажется на первый взгляд, к парадоксальному выводу, что процессы жизнедеятельности идут с нарушением принципов термодинамики. В самом деле, усложнение и увеличение упорядоченности организмов в период их роста происходит самопроизвольно. Оно сопровождается уменьшением, а не увеличением энтропии, как следовало бы из второго закона. Ясно, что увеличение энтропии в необратимых самопроизвольных процессах должно происходить в изолированных системах, а биологические системы являются открытыми. Проблема поэтому заключается в том, чтобы понять, как связано изменение энтропии с параметрами процессов в открытой системе, и выяснить, можно ли предсказать общее направление необратимых процессов в открытой системе по изменению ее энтропии. Главная трудность в решении этой проблемы состоит в том, что мы должны учитывать изменение всех термодинамических величин во времени непосредственно в ходе процессов в открытой системе. Постулируется, что общее изменение энтропии открытой системы может происходить независимо либо за счет процессов обмена с внешней средой с1е5, либо вследствие внутренних необратимых процессов [c.70]

Изменение энтропии характеризует разупорядоченность системы. Чем менее упорядочена система, тем больше ее энтропия. Как правило, жидкость имеет более низкую энтропию, чем газ, так как молекулы в газовой фазе менее упорядочены и имеют больше степеней свободы. Молекулы с открытой цепью обладают большей энтропией, чем соответстствующие циклические молекулы, например гексан и циклогексан. Для молекулы гексана число возможных конформаций больше, чем для циклогексана. Поэтому раскрытие цикла всегда приводит к выигрышу в энтропии, а замыкание цикла - к ее потере. В реакциях, протекающих с увеличением числа молекул продуктов, наблюдается большой выигрыш в энтропии, так как чем больше молекул, тем больше вариантов различного их расположения в пространстве. [c.84]

Перейдем теперь к собственно термодинамике неравновесных процессов в непрерывных системах. В основу положим фундаментальное уравнение Гиббса для изменения энтропии в открытой гомогенной системе [c.351]

Вселенную обычно рассматривают как изолированную систему постоянного объема. Отсюда вытекает простой критерий для общих изменений, которые мы в ней наблюдаем они увеличивают неупорядоченность Вселенной в целом . Нужно помнить, однако, что малые части Вселенной можно рассматривать как закрытые или открытые системы. Изменение энтропии в закрытых и открытых системах может быть положительным, отрицательным или равным нулю. В изолированной же системе оно всегда положительно. Изолированная система всегда, при всяком изменении, переходит от более упорядоченного состояния к менее упорядоченному. [c.121]

Заметим, что термодинамические характеристики, даже изменения энтропии, наиболее четко связанные с упорядоченностью системы, а следовательно, и с ее строением, сами по себе отвечают только на вопрос, в каком направлении и с какой интенсивностью происходят изменения структуры. Вопрос же почему , как правило, остается открытым. И только в разумном сочетании термодинамических данных с результатами электрохимических, оптических, рентгенографических и других исследований получается более или менее четкий ответ. Без этого выводы могут быть противоречивыми или односторонними. [c.41]

Рассмотрим изолированную систему, состоящую из организма и окружающей его среды. Организм получает из этой среды пищу, кислород, воду и в свою очередь выделяет в нее различные вещества. Между организмом и средой осуществляется теплообмен. В таких условиях практически находится космонавт в космическом корабле. Организм космонавта — открытая система по отношению к кораблю, который хорошо изолироран от окружающего космического пространства. Общее изменение энтропии всей системы, согласно второму началу, положительно [c.17]

Выделенную нами подсистему можно рассматривать в качестве открытой системы, способной обмениваться энергией и веществом с окружающей средой — остальной частью полной системы. Основываясь на приведенных выше рассуждениях, мы приходим к чрезвычайно важному выводу энтропия открытой системы способна уменьшаться со временем. Действительно, поток энтропии из открытой системы в окружающую среду, т. е. величина ( 5внешн/< может в точности компенсировать и даже превышать производство энтропии iS внyтp/< внутри открытой системы, в результате чего полное изменение с181й1 окажется отрицательным или равным нулю. [c.20]

И (2.32). Изменение энтропии произвольной системы состоит из двух компонент, причем внутренний вклад должен быть всегда положительным diS 0). Изменение энтропии за счет процессов притока и оттока может быть как положительным, так и отрицательным. Таким образом, система, способная отдавать энтропию среде, или, иными словами, поглощать отрицательную энтропию (негэнтропию), может уменьшать свою энтропию. Поведение энтропии в открытой системе может, таким образом, принципиально отличаться от поведения энтропии в изолированной системе. В открытых системах могут без нарушения второго закона термодинамики образовываться и су-и ествовать структуры. Пониманием особенностей открытых систем и их биологического значения мы обязаны Берталанфи и Шредингеру [19, 20], а также Пригожину и Виаму [37]. Последовательная теория открытых систем была разработана Пригожиным [38, 39]. Наконец, Пригожин и Гленсдорф [23] обобщили эту теорию на случай нелинейных систем. [c.27]

НИИ газа, смешения газообразных веществ, плавлении, испарении, измельчении и др. Энтропия возрастает с повышением температуры. Таким образом, изолированная система стремится к достижению максимума энтропии, в котором необходимые изменения прекращаются и возможны лишь обратимые процессы. Все эти выводы, справедливые для конечной изолированной системы, нельзя переносить на открытые системы, тем более на Вселенную. Клаузиус, распространивший закон возрастания энтропии на открытые системы, пришел к выводу о неизбежности тепловой смерти Вселенной, Эти его выводы были подвергнуты кри гикеФ. Энгельсом в Диалектике природы . Развитие Вселенной никогда не прекратится в ней в действительности происходят сложные диалектические процессы вечного неугасающего саморазвития материи. Не имеет предела и энтропия нашей Вселенной. Движение материи бесконечно разнообразно в своих проявлениях. [c.44]

В каждый момент времени система (или одна из подсистем) м. б. охарактеризована средними удельными (по объему или по массе) ф-циями состояния, стремящимися к экстремуму при достижении равновесия (обладающими экстремальными св-вами). Изменение состояния системы (подсистемы) во времени (эволюция системы) исследуется по изменениям этих ф-ций. Используется гл. обр. ф-ция Гиббса (энергия Гиббса) 0 (р, Т, X,), где р-давлете, Т-т-ра, X,-обобщенная сила (любой интенсивный параметр состояния, за исключением давления) для сложной системы О = и + рУ Х,х, — Т5, где 1/-внутр. энергия, К-объем, X,-обобщенная координата (любой экстенсивный параметр состояния, за исключением объема), X-энтропия величины р, Т я X, являются естественными независимыми переменными ф-ции О. Для открытой системы полный дифференциал записьшается в виде [c.536]

Большинство изучаемых в природе термодина.ушческих систем -открытые системы, т е, способные обмениваться энергией с внешней средой. Классическая термодинамика рассматривает в основном равновесные состояния системы, в которых параметры не изменяются во вре.мени. В открытых же системах реакции и соответствутощие энергетические превращения происходят постоянно, поэтому нужно знать скорости трансфор.мации энергии в каждый момент времени. Это значит, что в энергетических расчетах нужно учитывать фактор времени, для чего необходимо сочетать термодина.мический и кинетический подходы к описанию свойств открытой системы. Проблема заключается в том, чтобы понять, как связано изменение энтропии с параметрами процессов в открытой системе и выяснить, можно ли предсказать общее направление необратимых процессов в открытой системе по изменению ее энтропии. Главная трудность при решении этой проблемы состоит в том, что необходимо учитьшать изменение всех термодинамических величин во времени непосредственно в ходе процессов в открытой системе. [c.65]

Общее изменение энтропии dS открытой системы, которое происходит либо за счет процессов обмена с внешней средой d S), либо вследствие внутренних необратимых процессов d,S), можно представить в следутощем виде [c.66]

Сейчас начался процесс объединяния теории эволюции с физикой, с кибернетикой, с теорией информации. Эволюция трактуется с позиций синергетики как явления самоорганизации в открытой системе, реализуемые за счет оттока энтропии в окружающую среду. Эволюцию можно рассматривать феноменологически как совокупность взаимодействующих марковских процессов. Цепи Маркова характеризуются стохастическими матрицами, элементы которых Рц выражают вероятности появления признаков 7, если в предыдущем звене (поколении) эти признаки были г. В эволюции происходит изменение матриц во времени. Паправ-ленность, определяемая уже сложившимся организмом, состоит в обращении большинства недиагональных членов матриц в нули. [c.554]

Общее..иам нение- эдтропии в открытой неравновесной системе складывается из изменения энтропии в результате ее продукции внутри системы и потока энтропии из внешней среды в систему и из системы в среду [c.22]

В химии на молекулярном уровне закон действующих масс определяет временный процесс самопроизвольного (при данных условиях) движения замкнутой системы к состоянию равновесия, характеризующегося минимумом свободной энергии и максимальным возрастанием энтропии. Биологические системы представляют собой открытые системы, и процесс образования организованных структур биомассы сопровождается снижением энтропии. Однако рассматривая рост популяции при кинетическом подходе, моделируют переход субстрата в биомассу в замкнутой системе (пробирке, колбе, культиваторе), обменивающейся с внешней средой только энергией. В этом случае общее изме-менение энтропии складывается из изменения энтропии биофазы и энтропии окружающей среды. Возрастание упорядоченности биомассы (Д5]<0) сопровождается снижением упорядоченности окружающей среды, откуда микроорганизмы черпают [c.97]

Несколько иначе дело обстоит с экстенсивными свойствами, входящими в факторы равновесия ... экстенсивные факторы состояния.. . обычно определяются начальным состоянием системы или сохраняют зависимость от него... [2, с.24]. При протекании в системе, например, квазистатического нонвариантного процесса начальное состояние системы меняется. Поскольку за начальное состояние можно принять любое из состояний, через которое идет процесс, то оказывается, что значение рассматриваемого экстенсивного свойства зависит от процесса, протекающего в системе. Действительно, нонвариантнкй процесс (изменения масс сосуществующих фаз) может протекать либо цри подведении (отведении)техь ла, либо при изменении объема, либо при сочетании обоих факторов. При этом фазовая реакция в каждом из этих случаев будет своя, и экстенсивные свойства будут изменяться по разному. Отметим, что в то время как поддержание постоянства объема или числа молей вещества для реализации не представляет большого труда, сохранение постоянства энтропии,особенно в открытых системах, довольно сложная задача. Неизменность определенного значения экстенсивной величины мохет быть достигнута условиями приготовления системы (помещением ее в оболочку с определенными свойствами). Независимое изменение экстенсивной величины системы можно представить, рассмотрев последовательную цепь подобных систем с постоянным, но различающимся в отдельных системах значением этой величины. [c.131]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология