Открытые системы. Примеры открытых систем

Если исключен обмен теплотой между системой и окружающей средой, то система называется адиабатически изолированной. Система называется закрытой (замкнутой), если между ней и окружающей средой возможны все виды взаимодействия, кроме обмена веществом. Примером закрытой системы является закрытый сосуд с веществом, баллон с газом и т. п. Открытой называется система, которая может обмениваться с окружающей средой и веществом и энергией. Примером открытой системы является живой организм. [c.19]

Важным примером открытой системы является живая клетка. [c.11]

Нефтяная залежь является примером открытой системы, способной как к притоку, так и к потере органических молекул в результате процессов миграции, диффузии и др. Нефтяная залежь может получать и отдавать тепловую энергию, подвер- [c.128]

В настоящей главе будут выведены основные дифференциальные уравнения кинетики реакций в открытых системах на примере реакторов идеального смешения и рассмотрены некоторые важнейшие свойства открытых систем. [c.378]

В открытых системах эволюция к устойчивому термодинамическому равновесию может оказаться невозможной вообще. Однако и здесь происходит спонтанная эволюция системы к некоторому состоянию, которое определяется фаничными условиями. Далее мы будем считать в общем случае, что система находится в состоянии равновесия, если налагаемые на нее граничные условия совместимы с равновесием. Последнее означает, что при заданных граничных условиях возможна реализация состояния с отсутствием любых потоков вещества и/или энергии внутри системы. Типичным примером такого равновесного состояния является упомянутое состояние устойчивого термодинамического равновесия. [c.289]

Пример открытой системы с теплообменом. Пусть имеются два тела, обменивающиеся теплотой. Их температуры обозначим Т [c.325]

В процессах термолиза происходит непрерывная подача тепловой энергии к нефтяной системе, большая часть которой диссипирует в виде разрыва наиболее слабых межмолекулярных связей и испарения низкомолекулярных компонентов. Однако определенная доля вносимой энергии идет на увеличение внутренней энергии системы, которая, в конце концов, достигает критической величины. Тогда, во избежание разрушения, нефтяная система вынуждена осуществлять сброс этой энергии. Этот процесс является релаксационным и в некоторых случаях протекает почти мгновенно. Назовем его "быстрой диссипацией". Быстрая диссипация описывается теоремой Гленсдорфа-Пригожина, согласно которой открытая система в состоянии с максимумом энтропии всегда изменяет свое состояние в направлении уменьшения ее производства, пока не будет достигнуто состояние текущего равновесия, при котором производство энтропии минимально. Как правило, переход от максимума энтропии к минимуму ее производства означает формирование в системе новой структуры, обеспечивающей более эффективный механизм диссипации. Классическим примером этого является возникновение ячеек Бенара. [c.4]

В гл. 4 и 6 мы доказали на многочисленных примерах, что в нелинейных открытых системах возможно спонтанное образование пространственных и временных структур. Теперь возникает вопрос подчиняются ли процессы структурообразования общим физическим принципам, подобным второму началу термодинамики, или же эти процессы носят особый характер. Фундаментальные исследования Пригожина и Гленсдорфа [23, 169] доказали существование вариационных принципов для стационарных нелинейных процессов. В рамках настоящего введения мы можем изложить лишь важнейшие положения теории Пригожина и Гленсдорфа. (Читатель, которого заинтересуют подробности, может обратиться к посвященной именно этим вопросам монографии Пригожина и Гленсдорфа [23].) Главная физическая величина, исследуемая новой теорией, — это производство энтропии, которое играет в необратимых процессах столь же важную роль, как энтропия в равновесных системах. К этой величине относятся вышеупомянутые общие физические принципы, которые также называются критериями эволюции. Термин эволюция используется здесь, как у Пригожина и Гленсдорфа, в узком смысле фи зической эволюции , т. е. относится к направленному развитию физических систем. [c.179]

Пример VI-6. При тех же начальных условиях, что и в двух предыдущих примерах, газ расширяется до давления 30 ат в открытой системе, процесс адиабатический обратимый с выполнением внешней работы. Определить конечную температуру газа и его энтальпию. [c.141]

Неустойчивости, обычно возникающие за точками бифуркации, обязаны своим появлением термодинамическим флюктуациям, которые могут быть причиной вывода системы из равновесия. Возможен с.тучай, когда неустойчивость приводит к появлению нового состояния системы, которое стабилизируется во времени и пространстве. Такое состояние означает, по существу, образование новой так называемой диссипативной структуры, характеризующейся согласованным поведением системы. Термин диссипативные структуры специально введем для того, чтобы подчеркнуть отличие от равновесных структур. Диссипативные структуры являются поразительным примером, демонстрирующим способность неравновесности служить источником упорядоченности. Механизм образования диссипативных структур следует четко отличать от механизма формирования равновесных структур, основанного на больцмановском принципе упорядоченности. Поддержание стабилизированной во времени и пространстве физико-химической структуры с определенным типом изменения концентрации реагентов достигается за счет непрерывного обмена с окружающей средой энергией и веществом, что является прямым следствием образования диссипативных структур в открытых системах и тем самым отличает их от равновесных структур (например, кристаллов). [c.281]

Отношение стационарных концентраций А и В, следовательно, не равно константе равновесия реакции К — к к. Таким образом, в открытой системе, несмотря на протекание в ней химического процесса, могут сколь угодно долго поддерживаться термодинамически неравновесные концентрации веществ. Это положение, показанное на простейшем примере обратимой реакции первого порядка, сохраняется и в случае сложных химических процессов. Оно имеет исключительно важное значение для понимания процессов в живых организмах, которые представляют собой термодинамически неравновесные системы, сохраняющиеся в стационарном состоянии только благодаря наличию обмена веществ с окружающей средой. [c.387]

Как было показано в 3 гл. IV на примере реакции первого порядка, при протекании реакции в открытой системе через некоторое время устанавливается стационарный режим реакции, при котором концентрация компонентов в реакторе перестает изменяться. Установление стационарного режима имеет место и в случае сложных реакций. При этом система дифференциальных уравнений (У.109) превращается в систему алгебраических уравнений- относительно неизвестных величин [c.237]

В химической кинетике различают также реакции, протекающие в закрытых или открытых системах. Примером реакции в закрытых системах могут служить реакции в замкнутых сосудах их называют также статическими, или реакциями в статических условиях. [c.236]

Взаимодействие системы с окружающей средой может складываться из обмена механической, тепловой или другими видами энергии, а также веществом. Если ни один из этих видов взаимодействия не осуществляется, система называется изолированной. Система называется закрытой (замкнутой), если между ней и окружающей средой возможны все виды взаимодействия, кроме обмена веществом. Примером закрытой системы является закрытый сосуд с веществом, баллон с газом и т. п. Открытой называется система, которая может обмениваться с окружающей средой и веществом и энергией. Примером открытой системы является живой организм. [c.19]

Остановимся теперь на третьей формулировке термодинамики необратимых процессов. Согласно этой формулировке, скорость роста энтропии в открытых системах минимальна. Система выбирает, следовательно, свои параметры (например, Ар в задаче о переносе через барьер) так, чтобы по возможности уменьшить скорость роста энтропии. Покажем это на примере выше рассмотренной системы с двумя силами и потоком. [c.420]

В лабораторной практике обычно процесс гидролиза проводят в открытых системах. При нагревании раствора сульфида аммония растворимость аммиака и сероводорода в воде уменьшается, они уходят из сферы реакции, и равновесие процесса резко смещается вправо. Гидролиз, сопровождающийся уходом продуктов реакции из зоны реакции или образованием осадка, часто условно называют необратимым гидролизом (не в термодинамическом смысле ). Примерами необратимого гидролиза могут служить реакции [c.317]

Примером реакции в открытой системе являются реакции в потоке вещества. Их называют также реакциями в динамических условиях. Эти реакции имеют важное значение, так как в промышленности наиболее выгодно проведение непрерывных процессов. [c.236]

Еще в эпоху открытия Системы элементов предстала перед исследователями задача количественного предсказания свойств неоткрытых или мало исследованных элементов и их сс.единений интерполяцией из свойств соседних по таблице элементов. Д. И. Менделеев дал ряд блестящих примеров такой возможности, использовав крестообразную интерполяцию, т. е. среднее арифметическое свойств соседних элементов как по строке, так и по столбцу. [c.109]

Кинетика реакций в открытых системах. Перейдем к рассмотрению химических систем реакций в открытых системах, в которых происходит обмен веществом с окружающей средой. Примером описания систем такого типа может служить кинетика реакций в реакторах идеального смешения при постоянном объеме. [c.176]

Если бинарные спстемы с двумя разрывами непрерывности смешиваемости жидких фаз были бы возможны, то диаграмма температура — состав для них должна была иметь характер, представленный па рис. 12 или 13, а. Рис. 13, о может измениться в зависимости от давления или в результате введения замещенного гомолога, вследствие чего обе кривые сольются, как показано на рис. 13, б. На рис. 12 и 13, б показаны особые связующие прямые АВС и ВЕР, указывающие на существование в бинарной системе трех равновесных жидких фаз. Хотя такие условия не исключаются правилом фаз, разрыв непрерывности, происходящий в точках В я Е, настолько необычен и не похож на наблюдавшиеся для изученных систем, что какое-либо рассмотрение этого вопроса до экспериментального открытия дополнительных примеров лишено всякого смысла. Это же замечание относится и к системам с четырьмя равновесными жидкими [c.239]

Интересующие нас системы могут быть как открытыми, так и замкнутыми. Замкнутая система может обмениваться с внешней средой энергией, но не веществом. Наиболее простой пример — замкнутая система с постоянной температурой Т (7 — абсолютная температура). Классическая термодинамика основана на определении [c.29]

Под взаимодействием подразумевается обмен энергией и веществом. Если обмен веществом и энергией возможен не только внутри системы, но и между системой и окружающей средой, то система называется открытой. Примером открытой системы может служить стакан горячего чая. [c.3]

В классической и квантовой механике все обратимо во времени, подобно тому, как наблюдатель, просматривающий фильм о каком-либо событии, не может сказать, прокручивается пленка вперед или назад. Однако пример распространения газа показывает, что возможны необратимые процессы газ расширяется потому, что возникает много других микросостояний, доступных для системы при открытом кране, и реализуется гораздо большее число микросостояний для газа в обоих объемах по сравнению с числом микросостояний для газа в одном объеме. Равновесное состояние удобно представлять себе как состояние наибольшей неупорядоченности — в нашем примере пространственной неупорядоченности. [c.520]

Вдумайтесь в описанный эксперимент и в его результаты Удивительный, достойный восхищения пример открытия без открытия . Как здесь не вспомнить французского астронома Урбена Жана Жозефа Леверье, который, сопоставляя вековые изменения в орбитах планет нашей Солнечной системы, предсказал существование новой еще не открытой планеты, вычислил ее местоположение, определил, где искать. И спустя год планета, открытая Леверье на кончике пера , была действительно обнаружена И. Галле в предсказанном месте. Ее назвали Нептуном. Историю эту знают многие. Менее известный подвиг А. П. Бородина, определившего свойства фтора, еще неведомого элемента, который откроют через много лет, очень похож по силе научного предвидения на исследования Леверье и столь же важен для химии фтора, как для астрономов открытие Нептуна. Кончая наш рассказ о композиторе и химике Александре Порфирьевиче Бородине, нельзя не напомнить, что в процессе описанного исследования он попутно получил первое фторорганическое соединение, положив начало важнейшему направлению в современной химии. Предложенный им метод синтеза - обмен хлора на фтор-лишь значительно позже (спустя 60-70 лет) был оценен по достоинству и стал одним из самых общих и широко распространенных способов получения органических фторпроизводных. [c.51]

Совмещенные процессы в непрерывном или ймпульсно.м режиме являются примерами открытых систем с избирательным обменом компонентами с окружающей средой через свои границы. Известно, что некоторые сравнительно простые открытые системы, иапрнмер реактор идеального вытеснения, удобно рассматривать как замкнутые системы. Однако уже в условиях интенсивной конвекции [c.188]

Для открытой системы характерно изменение состава реагирующей смеси не только за счет химической реакции, но и дополнительного введения исходных веществ и продуктов реакции из соседных объемов. Важнейшим примером открытых систем являются живые организмы, у которых непрерывный материальный обмен с внешней средой (обмен веществ) является необходимым условием их существования. [c.138]

В качестве примера можно рассмотреть систему уравнений, огшсывагащую кинетику двух последовательных реакиий первого порядка в открытой системе. Реакция может быть представлена схемой [c.301]

Значительный прогресс в понимании особых классов реакционных сетей был достигнут другими исследователями. Ранняя попытка получить глобальные результаты для открытой системы с идеальной кинетикой действующих масс была предпринята Широм [17]. Однако, как отмечено Хиггинсом [6], Я-функция Шира, которая фактически характеризует термодинамическую возможность системы достичь предполагаемого стационарного состояния, не является для всех систем функцией Ляпунова, как это утверждал. Шир. В статье, явившейся поворотной вехой, Хорн и Джексон [9] показали, что, если строго положительное стационарное состояние существует, возможность достижения его характеризуется локальной функцией Ляпунова в том случае, когда поток для стационарного состояния уравновешен. Если можно также установить, что на границах симплекса равновесия отсутствуют, и если точка равновесия находится во внутренней области симплекса, то она единственная и глобально устойчива. Наша формулировка первоначально мотивировалась стремлением распространить эти результаты на системы с кинетическим законом действующих масс в общем случае неидеальных растворов и определить другие классы систем, для которых могут быть сделаны аналогичные выводы. Примеры трудностей, возникающих в случае неидеальных систем, указаны в работе Отмерз [14]. Результаты предшествующего раздела дают представление о том, как могут быть рассмотрены другие классы систем и кинетические уравнения для скорости реакции. [c.347]

Электроииклические реакции. Согласно определению, к электроциклическим относятся реакции, в ходе которых происходит образование простой связи между концевыми атомами сопряженной л-сисгемы, а также обратные реакции, ведущие к расщеплению простой связи в цикле с образованием сопряженной открытой т1-системы. Примерами электроциклических реакций являются превращеиия г/г/с-1,3,5-гексатриенового фрагмента органических молекул в циклогек са-1,3-диеновый фрагмент, [c.1859]

П., получаемая в лаб. условиях, является в термодинамич. смысле открытой системой и всегда термодинамически неравновесна. Процессы переноса эиергии и массы приводят к нарушению локального термодинамич. равновесия и стационарности (см. Химическая термодинамика), закон Планка для поля излучения, как правило, не выполняется. П. наз. термической, если ее состояние описывается в рамках модели локального термич. равновесия, а именно все частицы распределены по скоростям в соответствии с законом Максвелла т-ры всех компонент одинаковы состав П. определяется законом действующих масс, в частиости ионный состав обусловлен равновесием между ионизацией и рекомбинацией (ф-ла Эггерта-Саха по сути является выражением для константы равновесия этих процессов) заселенности энергетич. уровней всех частиц подчиняются распределению Больцмана. Термическая П. характеризуется обычно высокой степенью ионизации и м. б. реализована в газах с относительно малой эффективной энергией ионизации при достаточно высокой оптич. плотности (т. е. излучение П. почти целиком поглощается ее собств. частицами). Обычно П. описывается моделью частичного локального термич. равновесия, к-рая включает все вышеперечисл. положения, но требует подчинения закону Больцмана заселенностей лишь возбужденных уровней частиц П., исключая их основные состояния. Такую П. наз. квазиравновесной пример квазиравновесной П.-столб электрич. дуги при атм. давлении. [c.551]

Классич. пример физ. открытой системы с пространственной С.-плоский горизонтальный слой вязкой жидкости, подогреваемый снизу. При относительно малых вертикальных градиентах т-ры в жидкости имеет место режим бес-конвективиой теплопроводности. Когда градиент т-ры превысит нек-рую критич. величину, в жидкости возникает конвекция. При малых превышениях градиента т ы над критич. значением конвективные потоки в-ва приобретают упорядоченность при наблюдении сверху они имеют вид валиков или шестиугольных ячеек (ячейки Бенара). [c.291]

Генерация лазерного излучения считается примером временной С. Лазер непрерывного действия-сильно неравновесная открытая система, образованная возбужденными частицами (атомами, молекулами) и модами электромагн. поля в резонаторе. Неравновесность этой системы поддерживается непрерывным притоком энергии от виеш. некогерентного источника (накачкой). При малых интенсивностях накачки излучение системы состоит из не сфазированных между собой цугов волн. С повышением интенсивности накачки вплоть до нек-рой пороговой величины излучение системы становится когерентным, т.е. представляет собой непрерывный волновой цуг, в к-ром фазы волн жестко скоррелированы на макроскопич. расстояниях от излучателя. Этот переход к генерации когерентных колебаний можно интерпретировать как С. [c.291]

Оно наз. универсальным критерием эволюции, т. к. не требует предложений о характере связи между потоками и силами. Знак равенства отвечает нахождению системы в стационарном состоянии, знак неравенства-эволюции системы к этому состоянию. Важнейшим результатом нелинейной Т. н. п. явилось открытие возможности возникновения в системах, удаленных от равновесия, устойчивых пространственных и временных структур. Эти структуры наз. диссипативными им соответствуют те решения дифференц. ур-ний для потоков, к-рые лежат за пределами термодинамич. ветви решений. Диссипативные структуры существуют благодаря обмену энергией и в-вом между системой и окружеш1ем (см. Открытая система). Они характеризуются низкой энтропией, к ним не применим принцип Больцмана, согласно к-рому состояние с большей энтропией более вероятно. Типичный пример временной упорядоченности-возникновение периодич. режимов в гомог. хим. р-циях (см. Колебатель ные реакции). [c.539]

Взаимосвязь различньгх дисциплин во многих случаях можно проиллюстрировать примерами из истории науки. Скажем, периодический закон был открыт химиками, но объяснен на основе теории строения атома физиками тем не менее атомистическая теория строения материи была еще раньше предложена химиками. Периодический закон и периодическая система элементов служат интересам не только химиков, но также физиков и биологов. В качестве второго примера укажем, что процесс фотосинтеза долгое время был предметом изучения ботаников, но химикам удалось вскрыть его механизм, который имеет чисто химическую природу. Это открытие привело к появлению новых областей исследования для биохимиков и даже инженеров, которые ищут пути использования солнечной энергии как дешевого источника, удобного для применения в промышленности. [c.10]

Как отмечалось во Введении, формальное термодинамическое рассмотрение зависит от того, является ли исследуемая бислойная мембрана в действительности закрытой или открытой системой. Это можно показать на примере способа образования бислойной мембраны, предложенному Тагаки, Азума и Киши-мото [14] (рис. 3). Если липидный бислой образуется из соответствующей монослойной пленки, очевидно, что он является полностью открытой системой. Для такой мембранной системы [c.321]

В природе мы встречаемся с двумя типами упорядоченности — со статической и с динамической упорядоченностью. В первом случае порядок реализуется в термодинамически равновесных условиях при достаточном понижении температуры, например при кристаллизации жидкости. Статическая упорядоченность возникает в результате фазового перехода, условия которого являются равновесными. С этой упорядоченностью в биологии практически не приходится встречаться — апериодический кристалл Шредингера (с. 12) принципиально отличен от равновесного периодического кристалла. Динамический порядок живой системы реализуется не потому, что энтропия понижается вследствие понижения температуры, а потому, что имеется отток энтропии из открытой системы в окружающую среду. Возникновение пространственно-временной структуры и в этом случае имеет характер фазового перехода, однако не равновесного. Исследования динамической уиорядочепности, имеющие фундаментальное значение для физики и биологии, начались сравнительно недавно. Сейчас известен ряд модельных небиологических систем (в частности, химических), в которых наблюдается динамический порядок. О них рассказано в гл. 16. Здесь мы приведем пример динамического порядка, проявляющегося в излучении лазера. Атомы лазера возбуждены извне, посредством оптической накачки. Каждый атом действует подобно антенне, из- [c.326]

В противоположность системам с открытой цепью сопряжения системы с замкнутой цепью сопряжения имеют дваоюды вырооюден-ные по симметрии п-МО. В дальнейшем чисто формально все соотношения будут рассматриваться на примерах циклобутадиена и бензола. Соответствующие им скелеты а-связей имеют плоское строение. В случае циклобутадиена линейная комбинация приводит к чегьь [c.66]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология