Феноменологическая теория линейных необратимых процессов

Феноменологическая теория линейных необратимых процессов была разработана в начале 30-х гг. 20 века Ларсом Онзагером.

Онзагер предположил, что любой необратимый процесс можно вобщем виде описать линейной зависимость J = L * X . Левая часть уравнения, представлявшая собой изменение во времени некоторого количества (вещества, теплоты, электричества), была названа термодинамическим потоком. Величина Х, стоящая в правой части уравнения и характеризующая причину, которая этот термодинамический поток вызывает (градиент концентрации, температуры, электрического потенциала) получила название термодинамической силы. И, наконец, L – это коэффициент пропорциональности между термодинамическими силой и потоком и называется феноменологический коэффициент (в законе Ома - это электрическое сопротивление).

Обобщенные потоки выражаются линейными зависимости от действующих сил

J_i = Σ L_ij * X_j (j=1,2, .... п)

Это выражение представляет собой обобщенное выражение известных линейных уравнений теплопроводности (закон Фурье диффузии (закон Фика), электрического тока (закон Ома) и др. Все перечисленные законы относятся к потокам, вызываемым действием только одной силы. Если в системе имеют место несколько градиентов, то каждый из них будет вносить свой вклад в данный поток. Например, если помимо разности потенциалов существует еще градиент температур, то в электрическом токе появится составляющая, обусловленная перепадом температур.

Автостабилизация

В стационарной неравновесной системе скорость возникновения энтропии или скорость рассеяния свободной энергии принимает минимально возможное положительное значение. Если система отклонится от стационарного состояния, то в ней наступят внутренние изменения, которые будут стремиться приблизить систему к стационарному состоянию. Это свойство называется автостабилизацией и представляет собой принцип Ле Шателье. Этот принцип, сформулированный для случая термодинамического равновесия, гласит:

· Если система находится в состоянии равновесия, то при действии на нее сил, вызывающих нарушение равновесия, система приходит в состояние, в котором эффект внешнего воздействия ослабляется.

В применении к живым системам это означает, что увеличение потока положительной энтропии при отклонении биосистемы от стационарного состояния приводит к наступлению в ней внутренних изменений, ограничивающих этот поток. Система самонастраивается на более термодинамически выгодный и устойчивый режим функционирования.