structurilor disipative sunt rezultatul propriilor sale instabilități interne în sistem. procesele de auto-organizare sunt posibile cu schimbul de energie și de masă cu mediul înconjurător, adică. E., în timp ce menține starea actuală de echilibru, atunci când pierderile de disipare sunt compensate în afara. Aceste procese sunt descrise de ecuații neliniare pentru caracteristicile macroscopice.
structuri disipative pot fi împărțite în:
Exemple de structuri temporale sunt procese periodice, oscilatorii și val. Exemple tipice de structuri spațiale sunt: tranziția de la laminar la turbulente de curgere, tranziția difuziei de transfer de căldură în mecanismul convectiv. Exemple reprezentative: turbulență, celule Benard și apoi superlattice.
dezvoltarea turbulență începe atunci când numărul Reynolds al valorilor critice. debit laminar devine instabil, având viteza de oscilații staționare, apoi la o mișcare mai complexă, tot mai mare număr de frecvențe caracteristice. Aceasta este o mișcare quasiperiodic extrem de complex este uneori numit haos dinamic.
Exemple de structuri spațio-temporale sunt modul și oscilante razei laser reacție chimică. Apariția radiației coerente în pomparea cu laser se produce atunci când puterea (energia de intrare) pragul. Atomii sau molecule ale corpului de lucru al laserului radiat această independent unul de celălalt, ele încep să emită lumină la unison, într-o singură fază.
Tranziția de fază în fizică este o schimbare bruscă a proprietăților fizice într-o continuă schimbare a parametrilor externi. tranziție de fază neechilibru este determinată de fluctuațiile. Ele sunt în creștere, în creștere scara lor la valorile macroscopice. Instabilitate apare și sistemul trece într-o stare de ordine. tranzițiile de fază de neechilibru de natură diferită au caracteristici comune. In primul rand, ordonarea se datorează scăderii simetria, care este cauzată de apariția unor constrângeri datorită obligațiunilor suplimentare (de corelare) între elementele. L. D. Landau în 1937 a propus o interpretare generală a tranzițiilor de fază de două fel ca o schimbare în simetrie. La punctul de tranziție de simetrie se schimbă discontinuă. De asemenea, proprietatea comună a tranzițiilor de fază cinetică este prezența variabilă fundamentală macroscopică, care permite o singură descriere a procesului de comanda - parametrul de comandă. Sensul fizic al parametrului de ordine - această funcție de corelare care determină gradul de ordine cu rază lungă în sistem. [7.8]
Este cunoscut faptul că structura disipativ - este structură stabilă, spațial neuniforma care rezultă din dezvoltarea instabilitățile într-un mediu disipativ neechilibru omogen. Termenul propus I. Prigozhin (I. Prigogine). Un exemplu al structurilor disipative pot servi drept celule Benard (ascendente și descendente alternante curenților de convecție în lichid), straturile din distribuțiile neuniforme în plasmă ale concentrațiilor chimice. reactoarele cirrus și colab., fenomen. Teoria generală a structurilor disipative formulate de Turing (A. Turing) în 1952.
Cel mai simplu model al structurilor disipative descrise de două variabile x dinamice, y, în funcție de timpul t și un r spațiale coordonate:
System (*) descrie cinetica proceselor neliniare (Phys. Chem. Biol., Și așa mai departe. D.), Ținând cont de componenta de migrare a x și y (în particular, datorită difuziei) în regiunea învecinată a spațiului. Valorile Dx și Dy - coeficientii de difuzie, funcția neliniară P (x, y) și Q (x, y) descrie creșterea și descrește x și y componentelor. În cazul în care structurile disipative sunt formate pe lungimea segmentului cu capetele impermeabile, condițiile limită sunt la r = 0, L. Formarea structurilor disipative posibile cu pista. Condiții.
1). Una dintre variabile (de exemplu, x) este "autocatalitic", cealaltă (y) - "amortizare". Acest lucru înseamnă că sistemul, liniarizat lângă starea staționară [astfel încât] valoarea este pozitivă și negativă. Valorile și trebuie să aibă, de asemenea, semne diferite. Aceste condiții vor fi efectuate numai în sisteme deschise termodinamic neechilibru; în conformitate cu terminologia Prigogine, ele aparțin domeniului „termodinamicii neliniare.“
2) Coeficientul de difuzie autocatalyst trebuie să fie mai mic decât coeficientul de difuzie al amortizorului (m. E. Dx Dacă condițiile (1) și (2) la starea de echilibru uniformă poate pierde rezistența la perturbații armonice cu o anumita lungime de unda, proporțională cu L. Setările sistemului (*), în care rata de amortizare a respectivului perturbație dispare, numită bifurcare, și fenomenul - bifurcare Turing. Sistemul selectează un număr limitat de moduri armonice perturbații externe (în cazul limită, una), care poate crește. Creșterea lor este stabilizat membri neliniară funcții P (x, y) și Q (x, y). Atunci când valorile parametrilor sunt apropiate de bifurcația se formează structura armonică disipativ netedă. Departe de bifurcare sunt contrastante structuri disipative care constau din secțiuni înguste schimbare bruscă x variabilă autocatalitice, alternând porțiuni largi lin schimbarea variabile. În relația inversă dintre coeficientul de difuzie în sistem apar autowaves. Toate structurile disipative modelul studiate sunt împărțite în două clase, care pot fi aduse în conformitate cu catastrofe, cum ar fi „ori“ și „adunare“. Clasa structurilor disipative este determinată de numărul de extremele funcției. este o soluție. Într-un caz extrem (ori) contrast structura disipativă constă dintr-o serie de „vârfuri“ înguste autocatalitice variabila x (r), lung secțiuni separate printr-o schimbare lină a ambelor variabile. Dacă există două extremelor (asamblare), este posibilă formarea structurilor disipative contrastante în trepte de formă care constă din secțiuni largi de conținut ridicat și scăzut de autocatalyst; frontieră îngustă între ele - abruptul fronturi de schimbare x (r). La un interval de lungime L poate fi de mai multe (multe) diferite structuri periodice realizare a disipativ fiecare decizie depinde de istoria unei structuri disipative. Contrastante structurilor disipative sunt foarte sensibile la neomogenități spațiu mic, cu toate acestea pot exista suficient de stabil nu disipativ structura periodică (în care porțiunile netede lungimi diferite). Teoria structurilor disipative utilizate pentru descrierea calitativă a fenomenelor de autoorganizare în natură. În special, este utilizat în biofizică pentru a descrie apariția spontană a structurilor corpului în timpul dezvoltării (morfogeneza) distribuția spațială neuniforma a indivizilor în mediul înconjurător și structura unui număr de colonii de microorganisme. Teoria structurilor disipative este inclusă ca o parte esențială în teoria sinergiei și autowaves. [8,12]articole similare