Открытая термодинамика

1. Открытые системы в термодинамике
2. Энтропия открытых систем в термодинамике
3. Характеристики открытых систем

Существуют следующие типы термодинамические системы:

• Открытая система. Данная система производит обмен энергией, массой и работай с окружающим миром.
• Закрытая система. Эта система производит обмен энергией с окружающей средой.
• Изолированная (замкнутая) система. Такая система совершенно не производит обмен никакими показателями с окружающей средой, ни массой, ни энергией, ни работой.

Жизненные системы являются системами открытого вида, таким образом, данные системы являются неравновесными системами. Аналогичная термодинамическая открытая система квалифицируется тем, что в данной системе просматривается стабильное течение химических реакций. Химико-биологические реакции на всех этапах в комплексе возможно рассматривать, как каталитические. Катализаторами в этих реакциях являются белки-ферменты.

Живой объект обладает возможность получения питания из внешнего мира, в том числе, воздух и воду, и в то же время производить выделения во внешнюю среду разных элементов. Тепловой обмен осуществляется между живым объектом и окружением. В аналогичных условиях находится, к примеру, космонавт в околоземном спутнике Земли. Организм космонавта считается открытой системой относительно спутника, который при этом считается превосходно отгороженным от окружающей обстановки.

Открытые системы в термодинамике

Рисунок 1. Открытые системы.

Открытые системы осуществляют прямой и непринужденный теплообмен с окружением веществом, данными, а также импульсом. Каждая реалистичная система является открытой, и одним из важнейших видов открытых систем считается химическая система, в пределах которой отмечаются химические реакции. Приток реагентов производится снаружи, в то же время продукты взаимного воздействия выделяются.

Биологические системы и жизненные объекты, в том числе, можно рассматривать в форме открытых химических систем. Аналогичный подход к органической природе предоставляет возможность изучать процессы формирования и жизненной деятельности, опираясь на начала термодинамики неравновесных явлений, а также на законы кинетики в химико-физических процессах.

В среде неживой природы, открытые системы обмениваются с окружением, которое состоит из разнообразных систем, и для данных систем характерны энергетический потенциал и материя. В данной ситуации неравновесное состояние объектов обладает одинаковыми с равновесным состоянием свойствами:

• Температурные показатели.
• Химический состав элементов системы и прочее.

Так как, в открытых системах осуществляются необратимые явления, энтропия в данных системах будет переменной. Однако, энтропия, в то же время, не осуществляет накопление, по аналогии с изолированной системой, а отводиться во внешнее окружение.

Энтропия открытых систем в термодинамике

Рисунок 2. Энтропия в термодинамической деятельности.

Определение энтропии в открытых термодинамических системах осуществляется при помощи суммирования величин энтропии определенных небольших компонентов системы, которые находятся в состоянии местного равновесия (в итоге аддитивности энтропии). Явление отступлений термодинамических показателей от их равновесных величин предполагает зарождение в системе энергетических потоков, а также потоков вещества.

Возрастание энтропии системы будет вероятен с помощью явлений переноса. В пределах изолированных систем энтропия будет расти и устремляться к собственному равновесию с максимальной величиной. В открытой системе возможны состояния постоянства энтропии, если осуществляется стабильное ее производство. Данная энтропия обязана отводиться из системы.

Не нашли то, что искали?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

Тип работы Выберите тип работыКонтрольнаяРешение задачКурсоваяРефератОнлайн-помощьТест дистанционноДипломЛабораторнаяЧертежОтчет по практикеЭссеОтветы на билетыПрезентацияПеревод с ин. языкаДокладСтатьяСочинениеМагистерская диссертацияКандидатская диссертацияБизнес-планПодбор литературыШпаргалкаПоиск информацииРецензияДругое

Предмет

E-mail

Узнать стоимость

это быстро и бесплатно

Неподвижное положение открытых термодинамических систем описывает роль, которая аналогична равновесию в термодинамике явлений равновесия для закрытых систем. Энтропия открытых систем в данном положении, невзирая на устойчивость, предполагает расхождение данного неподвижного положения ее максимального значения.

Характеристики открытых систем

Впервые формулировку открытой системы представил австрийский физик-теоретик, один из создателей квантовой механики, Эрвин Рудольф Йозеф Александр Шредингер. Он отметил, что специфика биологических систем обязана находится в непринужденном обмене энергетическим потенциалом, а также веществом с окружающим миром.

Возможность, с помощью которой объект может способствовать поддержанию себя на некотором приличном уровне организованности (на достаточно небольшом уровне энтропии), находится в постоянном процессе выборки организованности из окружения.

Систем, которая взаимодействует с окружающим миром не может быть изолированной, так как данная система требует получения снаружи обновленных веществ и энергетического потенциала. А также, в то же время, нуждается в выводе в среду, которая ее окружает употребленного вещества и выработанного энергетического потенциала.

С притоком обновленного энергетического потенциала осуществляется возрастание неравновесности в системе. В результате данное обновление приводит к нарушению предыдущих взаимосвязей компонентов системы меж собой, которые определяют состав данной системы. Вследствие этого открываются возможности появления обновленных взаимосвязей между компонентами, которые способствуют кооперативным явлениям.

Элементарным образом оказывается вероятным явление самостоятельной организации в системах, которые открыты. Образцом явлений самостоятельной организации является лазер и его функционирование. Таким образом, беспорядочные колебательные перемещения элементов кристалла, с помощью внешнего притока энергии, будут сводиться в упорядоченное перемещение, что способствует повышению мощности излучения лазера.

Во время изучения явлений самостоятельной организации в лазере, немецкий физик-теоретик, основатель синергетики Герман Хакен презентовал новейшее междисциплинарное направление науки в исследовательской деятельности – синергетику. Синергетика поясняет образование самоорганизации структур и образцов в открытых системах, находящихся далеко от термодинамического равновесного состояния.

Сложно разобраться самому?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

Тип задания Выберите тип заданияКонтрольнаяРешение задачКурсоваяРефератОнлайн-помощьТест дистанционноДипломЛабораторнаяЧертежОтчет по практикеЭссеОтветы на билетыПрезентацияПеревод с ин. языкаДокладСтатьяСочинениеМагистерская диссертацияКандидатская диссертацияБизнес-планПодбор литературыШпаргалкаПоиск информацииРецензияДругое

Предмет

E-mail

Узнать стоимость

это быстро и бесплатно

Еще одной моделью является самостоятельная организация в химических реакциях, взаимосвязанная с притоком снаружи новоиспеченных реагентов, веществ, которые обеспечивают продление хода реакции и вывода произведенных ею продуктов во внешний мир. Нелинейные явления в пределах открытых систем исследуются на основе формул химической кинетики (равновесия скоростей химических реакций со скоростью притока реагентов).

Наращивание количества энергичных продуктов реакции (тепла) в открытых системах может вызвать автоколебательный, самостоятельно поддерживающийся порядок реакции. Для этих целей нужно осуществление в системе взаимосвязей (повышение скорости реакции под воздействием либо продукта, либо отделяющегося при реакции тепла). В химической открытой системе при наличии положительного взаимодействия возникают самостоятельно регулируемые незатухающие химические реакции.

Наружное проявление самостоятельной организации осуществляется с возникновением в жидкостной среде концентричных волн. Это особенно выступает явным образом в автоколебательных реакциях, которые открыл советский химик и биофизик Борис Павлович Белоусов, а изучил советский и американский биофизик, физикохимик Анатолий Маркович Жаботинский.

На опытной основе периодических реакций бельгийский физик и физикохимик российского происхождения Илья Романович Пригожин выстроил теоретическую модель, которая в будущем оказалась базой новейшей термодинамической деятельности в направлении неравновесных либо нелинейных систем.

Под нелинейностью в термодинамическом направлении воспринимается то, что в нелинейности используются нелинейные математические формулы с присутствием переменных в высоких степенях. Линейные формулы, в среде открытых систем либо энергичных влияний на данные системы, оказываются иррациональными.

Открытие самоорганизации в среде очень простых систем, в которых отсутствуют жизненные процессы, представляют важнейшее предназначение, как научное, так и мировоззренческое, указывая, что аналогичные явления вероятны к реализации в основании материи, и донося информацию о взаимных связях живой и неживой природы.

Исходя из этого, и появление жизни на Земле сейчас не может показаться случайностью, а также исключительным явлением. Со стороны самоорганизации стает естественным, что все окружение и Вселенная являются структурой разнообразных самостоятельно организовывающихся явлений, которые служат в роли основы для любого эволюционного процесса.