Свойства открытых систем

По просьбе нашего читателя постараемся описанную тему от 09:44 | 17.07.2016 раскрыть ещё глубже, сегодня рассмотрим Свойства открытых систем. Не будем разливать воду, а преступим рассмотрению этого вопроса.

Основное положение

Замечание 1

Первое определение открытой системы смог дать австрийский физик Э. Шредингер, который подчеркнул, что особен­ность биологических систем должна состоять в непосредственном обмене энергией и веще­ством с окружающей средой. Средство, посредством которого организм способен поддерживать себя на определенном высоком уровне упорядоченности (на довольно низком уровне энтропии), заключается в непрерывном процессе извлечения упорядоченности из окружающей среды.

Взаимодействующая со средой система не способна оставаться замкнутой, поскольку она нуждается в получении извне новых веществ или энергии и одновременно – в выведении в окружающее ее пространство использованного вещества (отработанной энергии).

С поступлением новой энергии (вещества) начинает возрастать неравновесность в системе. В конечном итоге, это провоцирует разрушение прежней связи элементов системы между собой, определяющей ее структуру. Тогда начинают появляться новые связи между элементами, способствующие кооперативным процессам. Схематически становится возможным процесс самоорганизации в открытых системах.

Примером процессов самоорганизации выступает лазер и его работа. Так, хаотические колебательные движения частиц кристалла, за счет энергетического поступления извне, будут приводиться в согласованное движение, что провоцирует увеличение мощности лазерного излучения. При исследовании процессов самоорганизации в лазере, немецкий физик Г. Хакен представил новое направление исследований - синергетику («взаимодействие»).

Еще одним примером может послужить самоорганизация в химических реакциях, связанная с поступлением новых реагентов извне, веществ, обеспечивающих продолжение процесса реакции, с одной стороны, и выведение ее продуктов в окружающую среду - с другой.

Нелинейные процессы в рамках открытых систем изучаются на основании уравнений химической кинетики (баланса скоростей химических реакций со скоростью подачи реагентов). Накопление в открытых системах активных продуктов реакции (теплоты) может спровоцировать автоколебательный (самоподдерживающийся) режим реакций. Для этого потребуется реализация в системе обратной связи (ускорение реакции под влиянием или продукта, или выделяющейся при реакции теплоты).

В открытой химической системе с присутствием положительной обратной связи появляются саморегулирующиеся незатухающие химические реакции. Внешнее проявление самоорганизации происходит с появлением в жидкой среде концентрических волн, что особо заметным становится в автоколебательных реакциях, открытых Б. Белоусовым и изученных А. Жаботинским.

На экспериментальном основании периодических реакций И. Пригожину удалось построить теоретическую модель (брюсселятор), которая впоследствии легла в основу новой (неравновесной или нелинейной) термодинамики. Под нелинейностью в термодинамике понимается то, что в ней задействованы нелинейные математические уравнения с содержанием переменных во второй или выше степени. Линейные уравнения, в условиях открытых систем или интенсивных воздействий на них, становятся нерациональными.

Открытие самоорганизации в условиях простейших систем неорганической природы, играют очень важное значение (научное и мировоззренческое), показывая, что подобные процессы возможны к осуществлению в основе материи, и проливая тем самым свет на взаимосвязи неорганиче­ской и органической природы.

Отсюда и возникновение жизни на нашей планете теперь не кажется случайным и редким явлением. С позиции самоорганизации становится очевидным, что весь окружающий мир и Вселенная представляют комплекс разносторонних самоорганизующихся процессов, служащих в качестве основания для любой эволюции.

В термодинамике изучают самые общие законы и физические процессы преобразований внутренней энергии. При этом считается, что любое материальное тело имеет тепловую энергию $U$, которая зависит от его температур.

Перед тем, как рассмотреть основные термодинамические формулы необходимо дать определение термодинамике.

Определение 1

Указанное научное направление опирается на обобщенные факты, которые были получены опытным путем. Происходящие в термодинамических концепциях явления описываются посредством использования макроскопических величин.

В их список входят такие параметры, как:

• давление;
• температура;
• концентрация;
• энергия;
• объем.

К отдельным молекулам данные параметры неприменимы, а сводятся к детальному описанию системы в общем ее виде. Много решений, которые основаны на термодинамических законах, можно встретить в сфере электроэнергетики и тепловой техники. Что и свидетельствует о понимании фазовых переходов, химических процессов и явлений переноса. В некотором роде термодинамика тесно “сотрудничает” с квантовой динамикой.

Заключение

Конечно можно много говорить по теме Свойства открытых систем, но основную суть мы изложили по этому вопросу. Если вам нужно дополнительная консультация, пожалуйста пишите ваши сообщения нам на почту. Все поступившие вопросы рассматриваются и не остаются без ответа.