Тема 5. Элементы неравновесной термодинамики

Вопросы:

1. Явления переноса в газах.

2. Основы газо- и гидродинамики.

3. Взаимодействие потока вязкой жидкости с твердыми телами.

Рассмотренные в предыдущих лекциях законы относятся к равновесной термодинамике, описывающей состояние систем, находящихся в равновесии, и процессы, протекающие через непрерывную последовательность равновесных состояний. В равновесной термодинамике понятие времени не существенно, время в явном виде в термодинамику не входит, и в этом смысле обычную термодинамику следует трактовать как термостатику.

Однако окружающий нас мир существенно неравновесен. Системами, далекими от равновесия, являются галактики, звезды, наша Солнечная система, биосфера Земли и др. Широко применяются вещества, находящиеся в экстремальных условиях при сверхнизких и очень высоких температурах, в глубоком вакууме и при давлениях в десятки миллионов атмосфер. Описанием состояния таких систем занимается неравновесная термодинамика, которая выросла из классической термодинамики и сформировалась как наука в 50-х годах прошлого столетия, а в настоящее время претерпевает бурное развитие.

Основной задачей неравновесной термодинамики является разработка общих методов термодинамического анализа неравновесных систем. С типичным примером неравновесной системы мы встречаемся, например, в обычных потоках газа, когда его плотность, скорость и температура меняются от точки к точке. Существование градиентов этих параметров приводит к переносу массы, импульса и энергии.

Для количественного изучения неравновесных процессов, в частности, определения их скоростей в зависимости от внешних условий, составляют уравнения баланса массы, импульса, энергии, энтропии для элементарных объемов системы, и эти уравнения исследуются совместно с уравнениями рассматриваемых процессов. Неравновесная термодинамика является теоретической основой исследования открытых систем, т.е. систем, обменивающихся энергией и веществом с окружающей средой.