Функция диссипации. Диссипативные структуры.

Формирование упорядоченной структуры означает уменьшение энтропии в системе. Это не противоречит II началу термодинамики, т.к. система является открытой, поток энергии или вещества извне компенсирует рост энтропии или обеспечивает ее убыль. Суммарная же энтропия все равно будет возрастать.

Для количественного описания потерь энтропии введена специальная функция – функция диссипации:

, где V - объем, t. – время.

Система, в которой D¹0, называется диссипативной. В таких системах энергия упорядоченного движения переходит в энергию неупорядоченного движения и, в конечном счете, в тепло. Практически все реальные системы являются диссипативными.

Пригожину принадлежит идея о возможности локального равновесия в неравновесной системе (существующего в малом объеме). Оно реализуется, если возмущающие процессы менее интенсивны, чем релаксационные. Принцип локального равновесия позволяет пользоваться при описании неравновесной системы теми же параметрами, что и для равновесной.

Пригожин сформулировал также теорему о минимальном производстве энтропии в стационарном неравновесном состоянии. Она отражает инерционность неравновесной системы, ее внутреннюю устойчивость. Если какие-то граничные условия не позволяют системе прийти в устойчивое равновесие, она придет в состояние с минимальным производством энтропии.

Например, поддерживая в сосуде, содержащем смесь газов, одну из стенок при более высокой температуре, мы обеспечим неравновесность. Производство энтропии будет минимальным, поскольку граничные условия неизменны, стационарны. В результате мы получим устойчивую упорядоченную структуру: у холодной стенки соберется более тяжелый, у горячей – более легкий газ.

Критерий устойчивости стационарного состояния системы – знак второй производной (сравните с ускорением в механике!). Знак “-” означает стремление к устойчивому стационарному состоянию, знак “+” – нарастание амплитуд случайных возмущений и неустойчивость стационарного состояния.