Стационарное состояние (термодинамика)

Стационарное состояние — состояние термодинамической системы, при котором значения термодинамических величин — температуры, давления, химического потенциала компонента смеси, массовой скорости [1] — во всех частях системы остаются неизменными во времени. Зависимость от времени хотя бы одной термодинамической величины служит признаком нестационарности состояния[2][3]. Стационарное состояние может быть как равновесным, так и неравновесными. Последнее реализуются лишь тогда, когда между термодинамической системой и её окружением имеют место процессы переноса, а термодинамические силы, и, как следствие, термодинамические потоки на границах системы поддерживают постоянными[2][4].

Стационарное состояние, при котором внешними условиями удерживается постоянной одна какая-либо термодинамическая сила, именуют стационарным состоянием первого порядка. В случае двух постоянных сил говорят о стационарном состоянии второго порядка и т. д. Стационарное состояние нулевого порядка есть не что иное как равновесное состояние термодинамической системы. Стационарные состояния порядков выше первого вполне обычны для природных процессов[5].

К стационарным относятся:

  • состояние термодинамического равновесия, характеризуемое отсутствием потоков (энергии, вещества, импульса, заряда и т. п.)[6], в котором при постоянстве внешних условий система может пребывать неопределённо долгое время, а после снятия внешнего воздействия любой величины, приведшего к изменению свойств системы, последняя возвращается в исходное состояние. Равновесное состояние можно определить также как стационарное состояние, не поддерживаемое протеканием какого-либо внешнего по отношению к системе процесса[7]. Равновесное состояние всегда является стационарным, но стационарное состояние вовсе не обязательно должно быть равновесным;
  • состояние метастабильного равновесия, когда при малом внешнем воздействии система ведёт себя как находящаяся в термодинамическом равновесии (система устойчива по отношению к малым воздействиям: бесконечно малое воздействие вызывает бесконечно малое изменение состояния, а при устранении этого воздействия система возвращается в исходное состояние[6]), тогда как при внешнем воздействии, превысившем некоторую граничную величину, система уже не возвращается в исходное состояние, а переходит либо в более устойчивое метастабильное состояние, либо в состояние термодинамического равновесия; термодинамические условия стабильности равновесия выполняются для бесконечно малых виртуальных воздействий и не выполняются для воздействий, превышающих граничную величину;
  • состояние заторможенного равновесия, когда неравновесная система во многих отношениях фактически ведёт себя как находящаяся в термодинамическом равновесии вследствие того например, что в системе имеют место частные равновесия — механическое и термическое, — но нет химического равновесия из-за отсутствия подходящих условий для протекания требуемых для его установления химических реакций;
  • стационарное неравновесное состояние, в котором независимость термодинамических величин от времени обусловлена потоками энергии, вещества, импульса, электрического заряда и т. п.[6];
  • статическое (квазистатическое, квазиравновесное, локальноравновесное) состояние, в котором неизменность термодинамических величин во времени есть приближение, с достаточной для решения конкретной задачи точностью выполняющееся в течение отрезка времени, заданного по условиям рассматриваемой задачи.

Примечания

  1. ↑ Скорость центра масс, она же гидродинамическая скорость среды.
  2. ↑ 1 2 Физическая энциклопедия, т. 4, 1994, с. 677—678.
  3. ↑ Кириченко Н. А., Термодинамика, статистическая и молекулярная физика, 2005, с. 10.
  4. ↑ Свиридов В. В., Свиридов А. В., Физическая химия, 2016, с. 460.
  5. ↑ Жариков В. А., Основы физической геохимии, 2005, с. 118.
  6. ↑ 1 2 3 Термодинамика. Основные понятия. Терминология. Буквенные обозначения величин, 1984, с. 7.
  7. ↑ Аносов В. Я., Погодин С. А., Основные начала физико-химического анализа, 1947, с. 33.

Литература

  • Аносов В. Я., Погодин С. А. Основные начала физико-химического анализа. — М.: Изд-во АН СССР, 1947. — 876 с.
  • Жариков В. А. Основы физической геохимии. — М.: Наука; Изд-во МГУ, 2005. — 656 с. — (Классический университетский учебник). — ISBN 5-211-04849-0, 5-02-035302-7.
  • Кириченко Н. А. Термодинамика, статистическая и молекулярная физика. — 3-е изд. — М.: Физматкнига, 2005. — 176 с. — ISBN 5-89155-130-6.
  • Свиридов В. В., Свиридов А. В. Физическая химия. — СПб.: Лань, 2016. — 597 с. — ISBN 978-5-8114-2262-3.
  • Термодинамика. Основные понятия. Терминология. Буквенные обозначения величин / Отв. ред. И. И. Новиков. — АН СССР. Комитет научно-технической терминологии. Сборник определений. Вып. 103. — М.: Наука, 1984. — 40 с.
  • Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1994. — Т. 4: Пойнтинга—Робертсона эффект — Стримеры. — 704 с. — ISBN 5-85270-087-8.