Контрольна робота № 3
Питання 1. Чому відповідає стан рівноваги і яким чином воно може бути порушено?
Відповідь. Рівноважний стан - це стан, в яке приходить термодинамічна система при незмінних зовнішніх умовах. Згідно з другим законом термодинаміки у всякій ізольованій (тобто не відчуває ніяких впливів з боку інших тіл) системі мимовільно протікають тільки такі процеси, які приводять її в стан, що не змінюється в подальшому з плином часу. Такий стан системи називається рівноважним. Воно може досягатися в системі і тоді, коли вона не є ізольованою, але знаходиться в незмінних зовнішніх умовах.
Щоб вивести систему з рівноваги, необхідно або змінити зовнішні умови, або підвищити (знизити) внутрішню енергію системи.
Поняття теплового рівноваги значно складніше, ніж тільки вирівнювання температур завдяки перенесенню тепла. Помістимо воду в порожню посудину і герметично його закриємо. Вода почне випаровуватися, і усередині судини виникне деякий кількість водяної пари. Воно буде збільшуватися до тих пір, поки не встановитися теплова рівновага, після чого залишиться постійним. Змінимо зовнішні умови, збільшивши температуру. Кількість водяної пари і його тиск знову почнуть рости, поки не встановиться нова теплова рівновага, що відповідає підвищеній температурі. Таким чином, кожному новому тепловому рівновазі буде відповідати цілком певна, рівноважний тиск водяної пари.
Поняття теплового рівноваги може бути застосовано до фазових перетворень, до хімічних реакцій, до будь-яких явищ природи в будь-яких системах, що підкоряються першому і другому законам термодинаміки. Термодинаміка встановлює критерії теплового рівноваги. У процесі свого розвитку вона набула характеру фундаментальної фізичної теорії.
Питання 2. Що означає термін «синергетика»?
Відповідь. Синергетика є теорією самоорганізації, так як матерія здатна здійснювати роботу проти термодинамічної рівноваги, самоорганізуясь і самоусложняясь. Розробка синергетики почалася кілька десятиліть тому, і в даний час вона розвивається за кількома напрямками: синергетика (Г. Хакен), нерівноважна термодинаміка (І. Пригожин) та інші. До теперішнього часу синергетика перетворилася в інтегрує міждисциплінарний напрямок.
Синергетика претендує на відкриття якогось універсального механізму, за допомогою якого здійснюється самоорганізація як в живій, так і в неживій природі. Під самоорганізацією розуміють спонтанний перехід відкритої нерівноважної системи від менш до більш складних і впорядкованим формам організації. Звідси випливає, що об'єктом синергетики можуть бути не будь-які системи, а тільки ті, які задовольняють щонайменше двом умовам:
1) вони повинні бути відкритими, тобто обмінюватися речовиною або енергією з зовнішнім середовищем;
2) вони повинні бути нерівновагими, тобто знаходиться в стані, далекому від термодинамічної рівноваги.
Такого роду системами є жива клітина, організм, екологічна система, людські колективи, складні машини.
У циклі розвитку таких систем спостерігається дві фази:
1) період плавного еволюційного розвитку з добре передбаченими лінійними змінами, що підводять систему до нестійкого критичного стану;
2) вихід з критичного стану одномоментно, стрибком і перехід в новий стійкий стан. Перехід системи в новий стійкий стан неоднозначний. Досягла критичних параметрів система в точці біфуркації вибирає випадковий шлях еволюції. Звідси випливає, що розвиток таких систем носить принципово непередбачуваний характер.