Термодинамические силы в системах с пространственной неоднородностью

Феноменологические соотношения, определенные в подразделе 1.1, играют важную роль в термодинамике необратимых процессов. Общую основу макроскопического описания необратимых процессов составляет неравновесная термодинамика, которая строится как теория сплошной среды и параметры которой, в отличие от равновесной термодинамики, являются функциями пространственных координат и времени. Центральное место в неравновесной термодинамике играет уравнение баланса энтропии [10]. Это уравнение выражает тот факт, что энтропия некоторого элемента объема сплошной среды изменяется со временем за счет потока энтропии в рассматриваемый объем извне и за счет положительного источника энтропии, обусловленного необходимыми процессами внутри объема. При обратимых процессах источники энтропии отсутствуют. В этом состоит локальная формулировка второго закона термодинамики. Поэтому основной задачей в теории необратимых процессов является получение выражения для источника энтропии. Для этого необходимо использовать законы сохранения массы, количества движения и энергии в дифференциальной форме, полученные в разделе 1. В уравнения сохранения входят потоки диффузии, тепла и тензор напряжений, которые характеризуют перенос массы, энергии и импульса. Важную роль играет термодинамическое уравнение Гиббса (5.49), которое связывает скорость изменения энтропии со скоростями изменения энергии и состава смеси. Оказывается, что выражение для интенсивности источника энтропии представляет собой сумму членов, каждый из которых является произведением потока, характеризующего необратимый процесс, и величины, называемой термодинамической силой. Термодинамическая сила связана с неоднородностью системы или с отклонением параметра от его равновесного значения. Потоки, в свою очередь, в первом приближении линейно зависят от термодинамических сил в соответствии с феноменологическими соотношениями. Эти линейные законы отражают зависимость потока от всех термодинамических сил, т. е. учитывают перекрестные эффекты. Так, поток вещества зависит не только от градиента концентрации, но и от градиентов давления, температуры, электрического потенциала и т. д. Неравновесная термодинамика ограничивается в основном изучением линейных феноменологических соотношений. [c.83]

Понятие термодинамической силы (сродства) является центральным для термодинамики неравновесных процессов, так как оно эквивалентно понятию движущей силы конкретного необратимого процесса. Термодинамические силы возникают при пространственной неоднородности системы (например, при наличии в системе неоднородностей по температуре, концентрации, давлению и т.п.) или в пространственно-однородных системах с химически реакционноспособными компонентами, не достигшими термодинамического равновесия за счет соответствующих химических превращений. [c.304]

Термодинамические силы в системах с пространственной неоднородностью [c.304]

Неравновесные в термодинамическом отношении системы нередко рассматривают при наличии в них пространственных потоков вещества или теплоты. Очевидно, что такие системы должны иметь и пространственную неоднородность. Ниже рассмотрены математические приемы расчета термодинамических сил и потоков в таких системах, а также связь этих величин с привычными термодинамическими параметрами. [c.304]

Для расчета термодинамических сил в системах с пространственной неоднородностью сушественным является математическое понятие дивергенини. Под дивергенцией (расхождением) векторного поля а в точке (г, у. z) понимают скалярную величину [c.305]

Обстоятельно разобранное здесь поведение брюсселятора ясно указывает на возникновение пространственных диссипативных структур. Под действием термодинамических сил в находящейся далеко от равновесия системе (параметры которой превышают критические значения) самопроизвольно возникают довольно сложные пространственные структуры. Спонтанное возникновение таких структур с макроскопической неоднородностью концентраций в случае [c.159]