История создания термодинамики

Таким образом, концепции классической термодинамики описывают состояния  теплового равновесия и равновесные (протекающие бесконечно медленно, поэтому время в основные уравнения  не входит) процессы. Термодинамика  неравновесных процессов возникает  позднее - в 30-х гг. ХХ века. В ней  состояние системы определяется через плотность, давление, температуру  и другие локальные термодинамические  параметры, которые рассматриваются как функции координат и времени. Уравнения неравновесной термодинамики описывают состояние системы во времени.

1.2 Классическая неравновесная термодинамика.

Классическая неравновесная термодинамика  основана на фундаментальном предположении  о локальном равновесии. Концепция  локального равновесия заключается  в том, что равновесные термодинамические  соотношения справедливы для  термодинамических переменных, определенных в элементарном объеме, то есть рассматриваемая  система может быть мысленно разделена  в пространстве на множество элементарных ячеек, достаточно больших, чтобы рассматривать  их как макроскопические системы, но в то же время достаточно малых  для того, чтобы состояние каждой из них было близко к состоянию  равновесия. Данное предположение справедливо  для очень широкого класса физических систем, что и определяет успех  классической формулировки неравновесной  термодинамики.

Концепция локального равновесия подразумевает, что все экстенсивные переменные (энтропия, внутренняя энергия,  массовая доля компонента ) заменяются своими плотностями:

В то же время все интенсивные  переменные, такие как температура, давление и химический потенциал  должны быть заменены соответствующими функциями координат и времени:

при этом они определяются так же, как и в равновесном случае

.

Далее, посредством введенных выше функций переписываются законы и  соотношения из равновесной термодинамики  в локальной форме. Первое начало (закон сохранения энергии):

Второе начало: производная энтропии в каждой части системы, вызванная необратимыми процессами неотрицательна, то есть  

Важную роль в классической неравновесной  термодинамике играет локальная  форма уравнения Гиббса—Дюгема:

1.3 Термодинамика в металлургии.

Процессы глубокой очистки металлов, выплавку сплавов, процессы создания композитов, процессы взаимодействия материалов между  собой и окружающей средой объединяет то, что все они происходят за счет установления фазовых или химических равновесий. Или, в общем случае, можно утверждать, что все естественные процессы идут за счет стремления систем к состоянию термодинамического равновесия. Раздел науки, занимающийся изучением состояния термодинамического равновесия, называется термодинамикой. Процессы, используемые в металлургии  и материаловедении, и основанные на стремлении системы установить фазовые  равновесия, входят в группу чисто  физических процессов. Фазовые равновесия типа “твердое – пар” и “жидкость – пар” используются в процессах очистки за счет возгонки твердых веществ, дистилляции и ректификации жидкостей. Равновесие “жидкость – твердое”  используется при необходимости в очень глубокой очистке веществ, а также для выращивания крупных монокристаллов из расплавов. Возможность наступления равновесия типа “твердое – твердое” требуется учитывать при решении материаловедческих задач о термической стабильности фазового состава и взаимного сосуществования композиционных составляющих конструкционного материала во время эксплуатации. Таким образом термодинамика занимает важное место в металлургии.

Заключение

В последние десятилетия наступил третий этап развития термодинамики - возникла физика диссипативных систем, физика неравновесных процессов. Открытые системы способны творить порядок  из хаоса за счет экспорта энтропии, ее оттока из открытой системы. Организм питается отрицательной энтропией, а не положительной энергией. Сформировалась новая область физики - физика диссипативных  систем или синергетика (Хакен). Через сто лет после "Происхождения видов" Дарвина физика объединилась с биологией в понимании процессов необратимого развития, естествознание впервые встретилось с синергетикой именно в "Происхождении видов".

Термодинамика превратилась в стройную феноменологическую теорию, описывающую  в самом общем виде энергетические процессы в любых системах; понятия, принципы, методы термодинамики оказались  поистине всеобъемлющими.

Список используемой литературы

1. Карпенков С.Х. Основные концепции естествознания.- М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 2002
2. Савченко В.Н. Концепции современного естествознания. Учебное пособие. – Владивосток: изд-во ДВГАЭУ, 2001
3. Салопов Е.Ф. Концепции современного естествознания: Учеб. пособие для студ. высш. учеб, заведений. — М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2004
4. Лекции по теплотехнике.

URL:http://stringer46.narod.ru/SecondRuleOfThermodynamics.htm#5.%D0%A2%D0%B5%D0%BC%D0%B0%205

5. Проект «Вся физика». URL: http://sfiz.ru/page.php?id=29