ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Пространственные диссипативные структуры. Ячейки Бенара из "Термодинамика для химиков" Простейшим примером пространственных диссипативных структур являются ячейки Бенара, описанные этим исследователем еще в 1900 г. [c.377] Если горизонтальный слой жидкости сильно подогреть снизу, то между нижней и верхней поверхностями возникает разность температур А7= Г) - О (рис. 18.5,а). При малой разности температур А Г, ниже некоторого критического значения АГ р, подводимое снизу тепло распространяется вверх путем теплопроводности и жидкость остается неподвижной. При разности температур выше критической аГ АГ -р в жидкости начинается конвекция холодная жидкость опускается вниз, а нафетая поднимается вверх. Распределение этих двух противоположно направленных потоков оказывается самоорганизованным (рис. 18.5,а), в результате чего возникает система правильных шестиугольных ячеек (рис. 18.5,6). [c.377] Очевидно, что этот перенос теплоты является здесь сопрягающим процессом по отнощению к установлению сопряженного конвективного процесса. При этом роль управляющего параметра а здесь играет разность температур А Г точка АГ р соответствует точке бифуркации. [c.378] При переходе от докритического к надкритическому режиму спонтанно меняется симметрия системы, что аналогично термодинамическим фазовым переходам. Поэтому переходы с образованием пространственных диссипативных структур в неравновесных системах иногда называют кинетическими фазовыми переходами. [c.378] Как уже отмечалось, диссипативные структуры возникают лишь в сильнонеравновесных многочастичных системах, состояние которых описывается нелинейными уравнениями для макроскопических величин. Для описания возникновения ячеек Бенара в жидкости используют нелинейные дифференциальные уравнения гидродинамики с анализом неустойчивости решений этих уравнений по Ляпунову. Исследования показывают, что при а7 АГ р состояние системы, исходно соответствующее покоящейся жидкости с обычным режимом теплопередачи, становится неустойчивым, и жидкость переходит в новый устойчивый конвекционный режим. [c.378] Полагают, что к числу пространственных диссипативных структур принадлежат также рукава спиральных галактик и кольца Сатурна и других больших планет Солнечной системы. Образование таких структур (более 90 колец у Сатурна, различаемых современной аппаратурой) обусловлено гравитационной неравновесностью состояния вращающегося вокруг массивного тела дисперсного вещества и притяжением его к этому телу при наличии взаимодействия отдельных частиц вещества между собой. [c.379] Для высокоорганизованных биологических систем типичный пример временной диссипативной структуры представляет биение сердца. [c.379] Образование диссипативных структур в последние годы многократно наблюдалось и в химии (осциллирующие реакции), особенно в катализе при исследовании катализаторов методами in situ, т.е. позволяющими наблюдать за катализаторами непосредственно в ходе реакции. Типичными примерами этих структур, свойственными только неравновесным процессам, являются временные и пространственно-временные диссипативные структуры, такие как изотермические осцилляции скорости каталитической реакции и образование химических волн. Оба типа структур наблюдаются как для гетерогенных, так и для гомогенных каталитических систем. Чисто пространственные диссипативные структуры в катализе известны пока меньше в связи с трудностями их экспериментального обнаружения на фоне равновесной реконструкции поверхности катализатора под действием реакционной среды. [c.379] Вернуться к основной статье