де Гроот С.Р., Мазур П. Неравновесная термодинамика (1185120)
Текст из файла
С. ДГ ГРООТ, П. МАЗУР НЕРАВНОВЕСНАЯ ТЕРМОДИНАМИКА Перевод с англидского в. т, гсозяиновл Под реданггией д. п. зь елрввл ИЗДАТЕЛЬСТВО СМИР» Моснва 1964 ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА Книга де Гроота и Мазура „Неравновесная термодинамика" представляет собой наиболее полную монографию по термодинамике неравновесных процессов и ее различным приложениям. Авторы — профессора Лейденского университета — внесли существенный вклад в развитие термодинамики неравновесных процессов; изложение многих разделов монографии в значительной степени базируется на их оригинальных исследованиях. Термодинамика необратимых процессов в последние годы интенсивно развивалась, предпринимались попытки более глубокого статистического обоснования ее основных принципов и расширялась область ее приложений.
В настоящее время термодинамика необратимых процессов представляет важный раздел теоретической физики со своим общим методом, обладающим большой эвристической силой. и многочисленными приложениями к различным областям физики и физической химии, поэтому имеется необходимость в систематическом ее изложении с единой точки зрения. Монография де Гроота и Мазура удачно выполняет эту задачу; изложение в ней отличается ясностью, логической стройностью и прозрачностью физического содержания. Книга состоит из двух частей: в первой из них (гл.
П вЂ” 1Х) тракту. ются общие принципы термодинамики неравновесных процессов и их статистическое обоснование, а во второй (гл. Х вЂ” ХЧ) — их применение к различным системам. Основные уравнения теории — законы сохранения массы, энергии и импульса, уравнение баланса энтропии и линейные соотношения между термодинамическими силами и потоками формулируются сразу в наиболее общей форме для систем.
в которых возможны химические реакции и которые могут взаимодействовать с магнитным полем. Такое дедуктивное изложение в методическом отношении более удачно, чем принятое в более ранней монографии де Гроота („ Термодинамика необратимых процессов", М., 1956) концентрическое изложение материала. Кроме того, настоящая монография охватывает значительно более широкий круг вопросов.
Статистическое обоснование термодинамики необратимых процессов проводится с помощью теории случайных процессов, а также Лредасловае редактора перевода более детально с помощью решения Чепмана — Энскога кинетического уравнения Больцмана и на основе кинетической теории броуновского движения Орнштейна — Уленбека. Кинетическое рассмотрение дает возможность получить не только соотношения Онсагера, но и явные выражения для кинетических коэффициентов. Специальная глава посвящена флуктуационно-диссипацпонным теоремам и дисперсионным соотношениям типа Крамерса — Кронига для случая, когда термодинамические силы периодически меняются' со временем. Применения необратимой термодинамики изложены достаточно полно. Необратимые процессы классифицированы по характеру термодинамических сил и потоков, которые могут быть скалярными, векторными и тензорными.
Рассмотрены скалярные процессы — химические реакции н релаксация между внутренними степенями свободы в однородном газе или жидкости; векторные процессы — теплопроводность, диффузия и перекрестные явления в многокомпонентной системе в сочетании с хнмическими реакциями; процессы диффузии во вращающихся системах; тензорные явления — вязкий поток в жидкссти и перенос количества движения и момента количества движения. Исследованы необратимые процессы для системы заряженных частиц, т. е.
явления электрической проводимости, в частности в присутствии внешнего магнитного поля, а также необратимые процессы в электрически поляризуемых средах. Последняя глава книги посвящена процессам в так называемых прерывных системах — резервуарах, связанных между собой капиллярами или мембранами (термомолекулярное давление, термоэффузия, термомеханический эффект, осмотическое давление, электрокинетические эффекты). Изложение ведется с подробными выкладками и тщательным обсуждением полученных результатов, поэтому книга де Гроота и Мазура не требует от читателя большой математической подготовки; она вполне доступна для студентов-физиков старших курсов.
Она принесет несомненную пользу как специалистам в области молекулярной физики, так и более широкому кругу читателей — студентам и аспирантам, как физикам, так и химикам. Можно надеяться, что она привлечет внимание инженеров и научных работников, интересующихся практическими приложениями термодинамики необратимых процессов. Д. Зубарев ПРЕДИСЛОВИЕ Задача неравновесной термодинамики состоит в том, чтобы объединить в единой теоретической схеме широкий класс феноменологических теорий необратимых процессов.
В предлагаемой книге мы хотим познакомить читателя с обшими основами этой теории. а также дать обзор ее различных применений. В первую часть мы включили также обсуждение статистических основ неравновесной термодинамики, имея в виду прежде всего обосновать соотношения взаимности Онсагера и применение термодинамических функций при описании неравновесных состояний.
Мы хотим выразить свою признательность проф. Е. П. Внгнеру и проф. Л. ван Хову за советы и критические замечания и д-ру Ж. Флигеру и Ж. ван дер Линдену за помощь при подготовке некоторых разделов книги. Мы чрезвычайно обязаны также д-ру К. Д. Хартогу.
Ж. ван дер Линдену, Р. Г. Тервиелу, Г. У. Капелу, Ф. А, Берендсу, П. Ж. М. Бонгаартсу, Ф. Нимейеру и особенно д-ру Ж. Флигеру за внимательное прочтение рукописи. С. де Гроот и П. Мазур Лейден Май !961 г. ГЛАВА 1 ВВЕДЕНИЕ ф 1. Историческое развитие неравновесной термодинамики Термодинамические соображения при рассмотрении необратимых процессов впервые применил В. Томсон (лорд Кельвин) [1 — 3) в 1854 г. Он исследовал различные термоэлектрические явления и установил два известных соотношения, которые носят его имя.
Первое из этих соотношений следует из закона сохранения энергии. Второе соотношение, связывающее термоэлектрический потенциал термопары с теплотой Пельтье, было получено на основе двух законов термодинамики и дополнительного предположения относительно так называемых „обратимых" вкладов в процесс. Позднее Больцман [4. 5) безуспешно пытался доказать гипотезу Томсона. Мы знаем теперь, что эта гипотеза не может быть обоснована.
Второе соотношение Томсона было в конечном счете строго получено Онсагером, который показал, что оно является следствием инвариантности микроскопических уравнений движения относительно операции обращения времени. А)етод Томсона с переменным успехом применялся к исследованию ряда других необратимых процессов, однако на этом пути нельзя было получить единой согласованной схемы для макроскопического описания необратимых процессов, Независимо от упомянутых выше теоретических исследований ряд физиков в середине прошлого столетия пытались дать более строгую формулировку второго закона термодинамики для неравновесных случаев. Еще в 1850 г.
Клаузиус ввел понятие „некомпенсированного тепла" как меры необратимости (в системах, которые не обязательно должны быть термически изолированными от окружающей среды). Дюгем [6), Натансон [7), Яуман [8, 9) и Лор [10, 11), а позднее Эккарт [12) пытались получить выражения для скорости изменения локальной энтропии в неоднородных системах, используя второй закон термодинамики в сочетании с макроскопическими законами сохранения массы, импульса и энергии.
Таким образом были получены формулы. связывающие необратимость с неоднородностью системы. Аналогичным образом де Донде [13) связал „некомпенсированное тепло" в химической реакции и сродство — термодпнамическую переменную, характеризующую состояние системы. Последовательное изучение необратимых процессов на основе этих идей было, однако, проведено значительно позднее. Глава ! Тем временем Онсагер [14[ в 1931 г. установил свои знаменитые „соотношения взаимности" между коэффициентами линейных уравнений, выражающих феноменологические законы, которым подчиняются необратимые процессы. Этн соотношения взаимности, примером которых является н второе соотношение 1оисона, отражают на макроскопическом уровне инвариантность микроскопических уравнений движения относительно обращения времени.
В 1945 г. Казимир [15, 16] дал иную формулировку соотношениИ взаимности так, что они стали справедливыми для более широкого класса необратимых явлений, чем это первоначально предполагалось Онсагером. Наконец, Мейкснер [17, 18[ в 1941 г. и в последующие годы, а несколько позже н Пригожин [19[ построили согласованную феноменологическую теорию необратимых процессов, включающую как теорему взаимности Онсагера, так н непосредственное вычисление для ряда физических случаев интенсивности источника энтропии (которая соответствует некомпенсированному теплу Клаузиуса .
Так возникла „термодинамика необратимых процессов", Эта теория стала быстро развиваться в различных направлениях. В свете растущего интереса к статистической теории необратимых процессов большое значение имеют некоторые исследования статистической основы термодинамики необратимых процессов. Особое внимание уделяется, с одной стороны, справедливости термодинамических соотношений в неравновесных состояниях, а с другой стороны, '4 соотношениям взаимности Онсагера. Многие нз этих исследований основаны на методах и концепциях теории стохастических процессов.
Характеристики
Тип файла DJVU
Этот формат был создан для хранения отсканированных страниц книг в большом количестве. DJVU отлично справился с поставленной задачей, но увеличение места на всех устройствах позволили использовать вместо этого формата всё тот же PDF, хоть PDF занимает заметно больше места.
Даже здесь на студизбе мы конвертируем все файлы DJVU в PDF, чтобы Вам не пришлось думать о том, какой программой открыть ту или иную книгу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
