Равновесная и неравновесная термодинамики – в чем их отличие?

Термодинамическое равновесие — состояние системы, при котором остаются неизменными по времени макроскопические величины этой системы (температура, давление, объём, энтропия) в условиях изолированности от окружающей среды. В общем, эти величины не являются постоянными, они лишь колеблются возле своих средних значений. Если равновесной системе соответствует несколько состояний, в каждом из которых система может находиться неопределенно долго, то о системе говорят, что она находится в метастабильном равновесии. В состоянии равновесия в системе отсутствуют потоки материи или энергии, неравновесные потенциалы (или движущие силы), изменения количества присутствующих фаз. Отличают тепловое, механическое, радиационное (лучистое) и химическое равновесия. На практике условие изолированности означает, что процессы установления равновесия протекают гораздо быстрее, чем происходят изменения на границах системы (то есть изменения внешних по отношению к системе условий), и осуществляется обмен системы с окружением веществом и энергией. Иными словами, термодинамическое равновесие достигается, если скорость релаксационных процессов достаточно велика (как правило, это характерно для высокотемпературных процессов) либо велико время для достижения равновесия (этот случай имеет место в геологических процессах).

Равновесная термодинамика рассматривает равновесные состояния и процессы. Она позволяет сделать ряд выводов о характере и направлении протекания неравновесных процессов, происходящих между начальным и конечным равновесными состояниями, но не дает количественного описания этих процессов. Неравновесные системы - предмет физической кинетики и неравновесной термодинамики.

Равновесная термодинамика имеет дело с осредненнымн макроскопически-и величинами.

Классическую равновесную термодинамику целесообразно, по мнению авторов некоторых современных монографий, называть термостатикой, в отличие-от термодинамики, включающей также и необратимые ( в частности, стационарные) процессы.

Применение равновесной термодинамики к процессам фазовых равновесий жидкость - твердое вещество позволяет установить возможности современной теории в области расчетов растворимости. Строгий термодинамический подход к этой проблеме страдает рядом ограничений, которые не позволяют рассчитывать произведение растворимости на основе знания молекулярных свойств кристаллов электролита и растворителя.

В равновесной термодинамике постулируется, что изолированная макроскопическая система с течением времени приходит в состояние термодинамического равновесия и никогда самопроизвольно выйти из него не может.

Обычно рассматривается равновесная термодинамика идеальной жидкости с заданным химич. Установленные в нерелятивистской термодинамике соотношения между термодинамич.

Замечательным свойством равновесной термодинамики является ее способность описывать эти флуктуации. Хотя флуктуации обычно малы, они могут становиться огромными в гравитационных системах.

Расширяя основы равновесной термодинамики, он указал, что в изолированных системах самопроизвольные процессы протекают только в одном направлении - в сторону возрастания энтропии. Это не означает, однако, что несамопроизвольный процесс передачи тепла от холодного к теплому телу не может быть осуществлен. Он реализуется в холодильных машинах, в бытовом холодильнике, но за счет затраты энергии других процессов.

Равновесная термодинамика позволяет удовлетворительно объяснить огромное число физико-химических явлений. Тем не менее уместно спросить, охватывает ли понятие равновесной структуры все те различные структуры, с которыми мы сталкиваемся в природе. Ясно, что ответ на подобный вопрос может быть только отрицательным.

Неравновесная термодинамика — раздел термодинамики, изучающий системы вне состояния термодинамического равновесия и необратимые процессы. Возникновение этой области знания связано главным образом с тем, что подавляющее большинство встречающихся в природе систем находятся вдали от термодинамического равновесия.

Классическая неравновесная термодинамика основана на фундаментальном предположении о локальном равновесии. Концепция локального равновесия заключается в том, что равновесные термодинамические соотношения справедливы для термодинамических переменных, определенных в элементарном объеме, то есть рассматриваемая система может быть мысленно разделена в пространстве на множество элементарных ячеек, достаточно больших, чтобы рассматривать их как макроскопические системы, но в то же время достаточно малых для того, чтобы состояние каждой из них было близко к состоянию равновесия. Данное предположение справедливо для очень широкого класса физических систем, что и определяет успех классической формулировки неравновесной термодинамики.

Концепция локального равновесия подразумевает, что все экстенсивные переменные (энтропия, внутренняя энергия, массовая доля компонента) заменяются своими плотностями, в то же время все интенсивные переменные, такие как температура, давление и химический потенциал должны быть заменены соответствующими функциями координат и времени. При этом они определяются так же, как и в равновесном случае.

В рамках классической неравновесной термодинамики описание необратимых процессов происходит при помощи термодинамических сил и термодинамических потоков. Основанием для введения данных величин является то, что через них производство энтропии выражается в простой форме.