Termodinamik muvozanatda bo’lmagan tizimlarda ko’chish xodisalari. Reja

Termodinamika haqida ko'proq ma'lumot

Qaysidir ma'noda termodinamikani fizikaning o'ziga xos intizomi sifatida qarash noto'g'ri. Termodinamika fizikaning astrofizikadan tortib biofizikagacha bo'lgan deyarli barcha sohalariga tegishlidir, chunki ularning barchasi qandaydir tarzda tizimdagi energiya o'zgarishi bilan shug'ullanadi. Tizimning ishlashi uchun energiya sarflashi mumkin bo'lgan tizimning qobiliyatisiz - termodinamikaning yuragi - fiziklar o'rganish uchun hech narsa bo'lmaydi.
Aytib o'tilganidek, ba'zi bir sohalar boshqa hodisalarni o'rganishda davom etayotganda termodinamikadan foydalanadilar, shu bilan birga termodinamikaning ko'pgina holatlariga ko'proq e'tibor qaratadigan ko'plab sohalar mavjud. Termodinamikaning ba'zi quyi sohalari:

• 
  Kryofizika / Cryogenika / past harorat fizikasi - past haroratli holatlarda, fizik xususiyatlarni o'rganish Yerning eng sovuq hududlarida ham sodir bo'ladigan haroratdan ancha past. Supero'tkazuvchi suyuqliklarni o'rganish bunga misol bo'la oladi.
  
• 
  Suyuqlik dinamikasi / suyuqlik mexanikasi - bu holda suyuqlik va gazlar deb aniq belgilangan "suyuqliklarning" fizik xususiyatlarini o'rganish.
  
• 
  Yuqori bosim fizikasi - odatda suyuqlik dinamikasi bilan bog'liq bo'lgan o'ta yuqori bosimli tizimlarda fizikani o'rganish.
  
• 
  Meteorologiya / Ob-havo fizikasi - ob-havo fizikasi, atmosferadagi bosim tizimlari va boshqalar.
  
• 
  Plazma fizikasi - moddani plazma holatida o'rganish.
  
• 
  

Muvozanatsiz tizimlarning ko'pgina misollari mavjud, ba'zilari juda oddiy, masalan, har xil haroratda yoki odatdagi ikkita termostat o'rtasida joylashgan tizim Kouet oqimi, qarama-qarshi yo'nalishda harakatlanadigan va devorlarda muvozanat bo'lmagan sharoitlarni belgilaydigan ikkita tekis devor orasiga o'ralgan suyuqlik. Lazer harakat ham muvozanat bo'lmagan jarayondir, lekin bu mahalliy termodinamik muvozanatdan chiqib ketishga bog'liq va shu bilan klassik qaytarilmas termodinamikaning doirasidan tashqarida bo'ladi; Bu erda ikkita molekulyar erkinlik darajasi (molekulyar lazer, tebranish va aylanish molekulyar harakati bilan) o'rtasida haroratning kuchli farqi saqlanib qoladi, bu kosmosning kichik bir mintaqasida ikkita komponentli "harorat" talabidir, bu faqat mahalliy termodinamik muvozanatni istisno qiladi. bitta harorat kerak. Akustik bezovtalanish yoki zarba to'lqinlarining susayishi statsionar bo'lmagan muvozanatli jarayonlardir. Haydovchi murakkab suyuqliklar, turbulent tizimlar va ko'zoynaklar muvozanatsiz tizimlarning boshqa misollari.
Makroskopik tizimlarning mexanikasi bir qator ekstremal miqdorlarga bog'liq. Shuni ta'kidlash kerakki, barcha tizimlar atrof-muhit bilan doimiy ravishda o'zaro ta'sir qiladi va shu bilan muqarrar tebranishlarni keltirib chiqaradi. keng miqdorlar. Termodinamik tizimlarning muvozanat shartlari entropiyaning maksimal xususiyati bilan bog'liq. Agar o'zgarishga ruxsat berilgan yagona katta miqdor ichki energiya bo'lsa, boshqalari qat'iy doimiy ravishda saqlanib turadigan bo'lsa, tizim harorati o'lchovli va mazmunli bo'ladi. Keyinchalik tizimning xususiyatlari termodinamik potentsial yordamida eng qulay tarzda tavsiflanadi Helmholtsning erkin energiyasi (A = U - TS), a Legendre transformatsiyasi energiya. Agar energiyaning tebranishlari yonida tizimning makroskopik o'lchamlari (hajmi) o'zgaruvchan bo'lib qolsa, biz Gibbs bepul energiya (G = U + PV - TS), bu erda tizimning xususiyatlari harorat bilan ham, bosim bilan ham aniqlanadi.
Muvozanatsiz tizimlar ancha murakkab va ular yanada keng miqdordagi tebranishlarga duch kelishi mumkin. Chegaraviy shartlar ularga tez-tez termodinamik kuchlar deb ataladigan harorat gradyanlari yoki buzilgan kollektiv harakatlar (kesish harakatlari, girdoblar va boshqalar) kabi intensiv o'zgaruvchilarni yuklaydi. Agar muvozanat termodinamikasida erkin energiya juda foydali bo'lsa, shuni ta'kidlash kerakki, energiyaning muvozanatsiz xususiyatlarini belgilaydigan umumiy qonun yo'q, chunki termodinamikaning ikkinchi qonuni entropiya muvozanat termodinamikasida. Shuning uchun bunday hollarda Legendre konvertatsiyasini yanada kengroq ko'rib chiqish kerak. Bu Massening kengaytirilgan salohiyati, ta'rifi bo'yicha entropiya (S) to'plamining vazifasidir keng miqdorlar .

Xulosa:
Ko’chish xodisalariga issiqlik o’tkazuvchanligi (energiyani ko’chishi), diffuziya(massa ko’chishi) va ichki ishqalanish (impulsni ko’chishi) kiradi.
Endi bu ko’chish hodisalariga birma bir to’xtalsak. Issiqlik o’tkazuvchanlik haqida biz maktab kurslarida ham o’qib o’rganganmiz. Agar, gazning bir qismida molekulalarning o’rtacha kinetik energiyasi boshqa qismiga qaraganda kattaroq bo’lsa, natijada, vaqt o’tishi bilan molekulalarning doimiy to’qnashishlari sababli, ularning o’rtacha kinetik energiyalari fazo bo’yicha tenglasha boradi, boshqacha qilib aytganda, fazo bo’yicha temperatura tenglasha boradi.
Ikkita tutashgan gaz, suyuqlik va qattiq jismlarda zarrachalarning betartib harakati tufayli ichkariga kirish va aralashish jarayoniga - diffuziya xodisasi deb ataladi. Bu hodisada zarrachalarning massalari o’zaro almashib turishi zichlik gradiyenti saqlanguncha davom etadi. Molekulyar kinetik nazariya yaratila boshlanganda diffuziya xodisasini tushuntirishda anglashilmovchiliklarga duch kelindi. Molekulalarning issiqlik xarakati tezligi katta bo’lishiga qaramay diffuziya xodisalari juda sekin sodir bo’lishi kuzatildi.
Har xil tezliklarda harakatlanayotgan, parallel qatlamli gaz, suyuqliklar orasida ichki ishqalanish hosil bo’lish mexanizmi tartibsiz issiqlik harakati tufayli qatlamlarni molekulalar bilan o’zaro almashuviga bog’liqdir. Natijada tezroq harakatlanayotgan qatlam impulsi kamayadi, sekin harakatlanayotgan qatlam impulsi oshadi va qatlamlarning harakat jadalligi o’zgaradi.