Termodinamica sisteme deschise - studopediya

Aspectele descrise mai sus se referă la un sisteme închise sau izolate, care sunt într-o stare de echilibru.

Procesele reale în sisteme deschise sunt non-echilibru.

Pentru sistemul viu (deschis) joacă un rol deosebit starea de echilibru.

În general vorbind, organismul viu este în curs de dezvoltare un sistem care nu este într-o stare de echilibru, dar într-un anumit interval de timp nu prea mare, să ia starea sistemului biologic pentru spital.

În ciuda faptului că creșterea entropiei, entropia sistemului nu se schimbă în stare staționară a proceselor ireversibile în sistem (difuzie și conductivitate termică).

Noi reprezentăm variația de entropie a sistemului:

# 9651; Si - schimbarea entropie datorită proceselor ireversibile în sistem,

# 9651; Se - schimbarea entropie cauzată de interacțiunea sistemului cu organisme externe (fluxuri care curge prin sistem).

Ireversibilitatea procesului care conduce la # 9651; Si> 0, starea staționară a # 9651; S = 0, prin urmare, # 9651; Se = # 9651; S - # 9651; Si <0 или △Se = - △Si. Это означает, что энтропия в продуктах, поступающих в систему, меньше энтропии в продуктах, выходящих из системы.

În acest sens, Prigogine a formulat principiul producției minime de entropie pentru sisteme deschise la starea de echilibru:

Rata apariție a entropiei datorită proceselor ireversibile are o valoare minimă și un rezultat pozitiv, date externe în condiții constante și anume

Conform principiului Prigogine într-un sistem la starea de echilibru a proceselor ireversibile interne, astfel încât să aibă loc în fiecare secundă de creștere a entropiei este minimă. Acest lucru înseamnă că sistemul se datorează proceselor ireversibile interne nu sunt în măsură să iasă din starea de echilibru.

La schimbarea condițiilor de mediu (schimbările de temperatură, presiune, umiditate, etc.), modificările sistemului de la o stare de echilibru la o altă stare de echilibru, adică adaptată. În cazul în care organismul atunci când schimbă condițiile externe nu este în măsură să mențină o stare de echilibru rezultă dintr-o stare de echilibru, aceasta duce la moartea sa.

mare contribuție la termodinamica non-echilibru Onsager introduse. Sa dovedit că sistemele deschise au caracteristici specifice: curgere și stările staționare aspectul de conjugare. Această teorie este descrisă de apariția simultană a diferitelor procese staționare interconectate. experimental al acestei teorii sunt legi fenomenologice care stabilesc o relație liniară între fluxul și forțele care provoacă. Să presupunem că sistemul are două fluxuri: fluxul de căldură (# 934, 1) și debitul masei de difuzie (# 934, 2) și două forțe generalizării - diferența de temperatură și X1 X2 diferența de concentrație. Potrivit Onsager, într-un sistem deschis, fiecare flux depinde de puterea tuturor celor prezenți, și vice-versa, adică,

în care L12 și alții-coeficienții de proporționalitate între fluxul 1 și putere 2, etc.

Aceste ecuații se numesc ecuații fenomenologice Onsager. Ele indică relația de intrare și de ieșire fluxuri din ambele conjugate și non-conjugat de forțele lor.

În natură, există o situație în care fluxurile provin din creșterea de energie în sine nu poate merge, dar pot apărea sub influența oricăror forțe. Acest fenomen se numește fluxuri de conjugare. Criteriul de posibila asociere a fluxurilor în sistem este o funcție pozitivă valoare disipativ:

unde # 932; - temperatura absolută;

dS / dt - viteza de producție entropie;

V - volumul sistemului.

Funcția Dissipative este o măsură a energiei sistemului de dispersie în căldură. Ea determină rata de creștere a entropiei în sistem, în care procesele ireversibile să aibă loc. Cât este mai mare valoarea funcției disipare, cu atât mai repede energia tuturor transformată în căldură. În plus, funcția de disipare determină dacă procesul spontan: când> 0, procesul este posibil, dacă <0 – нет.

In cele mai multe procese biologice, aceasta este convertită în energie chimică osmotic, electrice și mecanice. În toate aceste procese este parte disipată a energiei chimice în căldură. Pentru procesele biologice de cuplare eficienta este de 80-90%, care este de numai 10-20% din energie este transformată în căldură.