Введение. Новая система термодинамики

Новая система термодинамики

Обратимых и необратимых процессов.

Вейник А.И.

Вейник А.И., «Новая система термодинамики обратимых и необратимых процессов»,

Минск, "Высшая школа", 1966. 48 стр.

От автора.

В работе излагается общая фено­менологическая теория физических и химических явлении (ее можно на­звать также общей феноменологиче­ской теорией переноса), базирующа­яся на пяти главных законах - сохранения, состояния, переноса, вза­имности и диссипации. Она изучает макрофизическпе свойства (состоя­ния) и процессы взаимодействия (процессы переноса определенных субстратов обмена, именуемых обоб­щенными зарядами) тел природы. Из общей теории как частные слу­чаи вытекают классическая термо­динамика, термодинамика Онзагера, теория теплообмена, химическая ки­нетика и т.д.

Работа выполнена автором в Бе­лорусском политехническом инсти­туте в период с 1956 по 1965 г.

Введение.

Классическая термодинамика считается великолепным образцом системы физических знаний, построенной в ду­хе логической строгости и законченности. Воображение всегда бывает поражено тем фактом, что из очень огра­ниченного числа исходных принципов - начал (первого, второго, третьего...) выводится необозримое множество следствий, имеющих первостепенное значение для самых различных областей знания. Именно это снискало тер­модинамике славу королевы наук. Эта слава, освященная столетней традицией, оберегается с особенной тщатель­ностью.

Однако королева наук родилась не без ахиллесовой пяты - благородное происхождение с самого начала ли­шило ее таких земных и очень близких душе инженера понятий, как время и пространство (термодинамическое равновесие существует вне времени, однородность - вне пространства). Ахиллесова пята классической термоди­намики оберегается с не меньшей старательностью, чем ее слава. По-видимому, в этом вопросе немалую роль сы­грал авторитет гениальных ученых, вдохнувших жизнь в эту науку.

Между тем, инженер сильно стеснен рамками про­странства и времени, так как ему ежедневно приходится сталкиваться с проблемой изучения и освоения реальных неравновесных (необратимых) процессов. В ходе реше­ния этой проблемы были созданы оригинальные и очень эффективные методы [1-9], которые дают возможность, с одной стороны, лишний раз по достоинству оценить мо­гущество королевы наук, и с другой - указать ей на то новое место, которое она должна по праву занимать в об­щей феноменологической теории. Роль бога Аполлона история отвела Л. Онзагеру, который в предельно дели­катной и завуалированной форме направил стрелу своей термодинамики необратимых процессов в пресловутую ахиллесову пяту. Огромные последствия этого удара, ве­дущего к полной перестройке теории, проявят себя лишь через некоторое время.

Оглядываясь назад, можно с уверенностью сказать, что самый большой урон в развитии термодинамика по­несла именно от своей кажущейся стройности и закон­ченности, от своих неприступных начал, к которым труд­но добавить что-нибудь равноценное (речь идет о первом начале), и от той невообразимой путаницы и неразбе­рихи в толкованиях и обоснованиях, которую внесло в теорию второе начало.

Бесконечные попытки доказать факт существования энтропии и многочисленные интерпретации этого поня­тия создали своеобразный, длящийся вот уже около ста дет культ энтропии. Подо всем этим был погребен про­стой и ясный физический смысл, который должен вкла­дываться в энтропию, необратимость и некоторые другие понятия, играющие в термодинамике центральную роль.

По мнению автора, в соответствии с логикой развития науки общая феноменологическая теория физических и химических явлений должна базироваться на следующих пяти главных законах: сохранения, состояния, переноса, взаимности и диссипации, выраженных соответствующи­ми дифференциальными уравнениями. Интегрирование этих уравнений совместно с условиями однозначности по­зволяет решить любую конкретную задачу, возникаю­щую на практике.

Решение облегчается тем, что все возможные состоя­ния (свойства) тел (систем) можно подразделить на че­тыре большие группы. При этом стационарные равновес­ные системы изучаются в статике, стационарные нерав­новесные - в кинетике, нестационарные равновесные - в статодинамике и нестационарные неравновесные - в динамике.

Общая теория рассматривает макрофизические свой­ства (состояния) и процессы взаимодействия (процессы переноса определенных субстратов обмена, именуемых обобщенными зарядами) тел природы. Из нее как част­ные случаи вытекают классическая термодинамика (ста­тика, статодинамика), термодинамика Онзагера (кинетика), теория теплообмена (кинетика, динамика), хими­ческая кинетика (статика, кинетика, статодинамика, ди­намика) и т.д. Ниже излагаются основные положения новой теории, а также приводятся многочисленные при­меры ее практических приложений.