Необратимый процесс - физ. процесс, к-рый может самопроизвольно протекать только в одном определённом направлении. К Н.
п. относятся: диффузия, теплопроводность, вязкое течение, электропроводность
и др. процессы, при к-рых происходит направленный пространственный перенос вещества,
энергии, импульса или заряда. Релаксац. процессы и хим. реакции также являются
Н. п. Все Н. п. неравновесные. Они изучаются с макроскопич. точки зрения в термодинамике
неравновесных процессов. Классич. термодинамика устанавливает для них лишь
неравенства, к-рые указывают их возможное направление. С микроскопич. точки
зрения Н. п. изучаются в кинетике физической методами неравновесной статистич.
механики. Систему, в к-рой произошли Н. п., нельзя вернуть в исходное состояние
без того, чтобы в окружающей среде не осталось к--л. изменений. В замкнутых
системах Н. п. всегда сопровождаются возрастанием энтропии, что является
критерием Н. п. Согласно второму началу термодинамики, изменение энтропии
dS связано
с переданным системе кол-вом теплоты dQ при Н. п. неравенством dQ
< TdS, где Т - абс. темп-pa. Возрастание энтропии системы в результате Н.
п. в единицу времени в единице объёма описывается локальным производством энтропии
s. Для Н. п.
всегда s >
0. В открытых системах, к-рые могут обмениваться энергией или веществом
с окружающей средой, при Н. п. энтропия системы, складывающаяся из полного производства
её в системе и изменения из-за вытекания (или втекания) через поверхность системы,
может оставаться постоянной или даже убывать. Однако во всех случаях производство
энтропии в системе остаётся положительным.
Статистич. теория Н. п. строится на основе представления
о молекулярном строении вещества. Возникновение статистич. теории Н. п. связано
с работами Р. Клаузиуса (В. Clausius, 1857), Л. Больцмана (L. Boltzmann, 1866),
Дж. Максвелла (J. Maxwell, 1867) по кинетич. теории газов.
В общей теории Н. п. исходят из Лиувилля уравнения для функции распределения f по координатам и импульсам всех частиц
системы или для статистич. оператора r.
Эти ур-ния обратимы во времени, поэтому возникает вопрос, каким образом из обратимых
ур-ний можно получить необратимые ур-ния диффузии, теплопроводности или гидродинамики
вязкой жидкости. Это кажущееся противоречие можно объяснить тем, что необратимые
ур-ния не являются следствием одних лишь ур-ний механики (классич. или квантовой),
а требуют дополнит. предположений вероятностного характера,
к-рые можно сформулировать в виде граничных условий для f или r.
При этом из двух возможных решений ур-ния Лиувилля (запаздывающего и опережающего)
отбирается лишь запаздывающее решение, к-рое соответствует возрастанию энтропии.
Из ур-ния Лиувилля с граничным условием можно найти нерав-новесный статистич.
оператор. Ур-ния теплопроводности и гидродинамики вязкой жидкости получаются
при усреднении ур-ний движения для плотности энергии и плотности импульса с
неравновесным статистич. оператором. В этих ур-ниях коэф. теплопроводности оказывается
выраженным через временные корреляц. функции потоков тепла, а вязкость - через
временные корреляц. функции потоков импульса с помощью Грина - Кубо формул.
Кинетика физическая. Д. Н. Зубарев.
|
|
 |
