Расширенная необратимая термодинамика - Extended irreversible thermodynamics

Расширенная необратимая термодинамика это филиал неравновесная термодинамика что выходит за рамки гипотезы локального равновесия классической необратимой термодинамика.Пространство переменных состояния расширено за счет включения потоки формализм хорошо подходит для описания высокочастотных процессов и материалов с небольшими масштабами.

Обзор

За последние десятилетия было предпринято множество попыток обобщить классические законы Фурье (теплопроводность), Фика (диффузия материи), Ньютона (вязкие потоки) и Ом (электрический перенос) .Действительно, современные технологии стремятся к миниатюрным устройствам, высокочастотным и сильно нелинейным процессам, требующим нового концептуального подхода. теории были разработаны с этой целью, и одна из них, известная под заголовком Расширенная необратимая термодинамика (EIT) вызывает особенно растущий интерес. Отцовство EIT можно проследить до Джеймс Клерк Максвелл кто в 1867 г. представил производная по времени члены в определяющих уравнениях идеальные газы.

Базовые концепты

Основная идея, лежащая в основе EIT, состоит в том, чтобы повысить статус неравновесной внутренней энергии, материи, импульса и электрических потоков до статуса независимых переменных. потоки как переменные уходит корнями в тринадцатиментную кинетическую теорию газов Града, которая, таким образом, обеспечивает естественную основу для развития EIT. Основным следствием выбора потоков в качестве переменных состояния является то, что определяющие уравнения Фурье, Фика, Ньютона и Ома являются заменены уравнениями эволюции во времени первого порядка, включая память и нелокальные эффекты. Выбор потоков в качестве переменных не является простым произвольным действием, если вспомнить, что в повседневной жизни потоки могут играть ведущую роль, как, например, в контроль движения (поток автомобилей), экономия (поток денег), и Всемирная паутина (поток информации).

Расширение классической необратимой термодинамики

EIT можно рассматривать как естественное расширение из Классическая необратимая термодинамика (CIT).

В основном разработанная бельгийско-голландской школой во главе с И. Пригожиным, работающая над простой гипотезой локального термодинамического равновесия, CIT предполагает существование законов поля диффузионного типа. Математически это параболические уравнения в частных производных. Они приводят к тому, что локально приложенное возмущение распространяется по телу с бесконечной скоростью. Это противоречит как экспериментальным данным, так и принципу причинности. Последнее требует, чтобы следствие наступало после приложения его причины.

В EIT отказались от идеи локального термодинамического равновесия. В отличие от CIT, уравнения поля EIT являются гиперболическими, что позволяет обойти парадокс сигналов, движущихся с бесконечной скоростью.

Приложения

Диапазон применений EIT не ограничивается ситуациями, близкими к равновесию, но охватывает несколько различных областей, включая
-эффекты памяти (быстрые процессы, полимеры, сверхтекучие жидкости ),
-нелокальные эффекты (микро- и наноматериалы ),
-нелинейные эффекты (большие мощности, ударные волны ).

Однако обсуждение не закрыто. Несколько фундаментальных вопросов, таких как определение неравновесной энтропии и температуры, статус Второй закон термодинамики, при однозначном выборе переменных состояния получают только частичные ответы и запрашивают более определенные ответы.

Рекомендации

^{[1][2][3][4][5][6][7]}