Диссипативные системы

Чем больше разность температур Т₁ и Т₂, тем большая величина информации (отрицательной энтропии) поступает в открытую систему. При определенном значении информации в открытой системе происходит качественный скачок – упорядоченное движение в ней становится сложным – в нём появляется новая закономерность, новое свойство.

Так, например, если система О в схеме рисунка 3.5 представляет собой объём с газом, то конвекция в нём, вызванная разностью температур (Т₁ – Т₂), с увеличением этой разности протекает всё с большей и большей скоростью. После достижения этой скоростью определённого значения ламинарная циркуляция газа превращается в турбулентную. Молекулы газа по- прежнему двигаются коллективно, но не поступательно, а по сложным поступательно-вращательным (вихревым) траекториям [70].

Открытая система распадается на две части (рисунок 3.6): 1)рабочий агент и 2 ) диссипативная система.

Рабочий агент – это такая часть открытой системы, в которой тепловое (хаотическое) движение превращается в простое упорядоченное. Диссипативная система – такая часть открытой системы, в которой простое упорядоченное движение превращается в сложное. Обе части не обязательно пространственно отделены друг от друга. В случаях, когда они совмещены, передачу тепловой энергии в холодильник производит сама диссипативная система. Отсюда название: передача теплоты в холодильник (чаще всего – окружающую среду) во многих отраслях естественных и технических наук именуется рассеянием (диссипацией). Иногда диссипативную систему именуют далёкой от равновесия неравновесной [6, 8, 16], подчеркивая тем самым, что сложный порядок возникает при достаточно большом различии между температурами Т₁ и Т₂.

Q₁, T₁ нагреватель (источник энергии)

Рабочий агент

Диссипативная система

Q₂,T₂ холодильник (тепло - приёмник)

Открытая система

Рисунок 3.6

Структура неравновесной системы, включающей в себя диссипа- тивную систему

Следует отметить, что объекты рисунка 3.6 могут быть отделены друг от друга не только в пространстве, но и во времени. Тогда в качестве рабочего агента выступает объект, аккумулирующий энергию, которую он затем передает в диссипативную систему. Так, например, в роли рабочего агента может выступать химическое соединение, когда-то аккумулировавшее в себе тепловую энергию Солнца или остывающей Земли, а теперь выделяющее его при сгорании в каком-нибудь механизме или живом организме. Наличие источника больших количеств энергии с большой температурой и необъятного холодильника с температурой, близкой к нулю, создает ситуацию непрерывной передачи энергии упорядоченного движения в диссипативную систему. Такая ситуация сложилась, например, на Земле. В качестве источника выступает Солнце, а в качестве холодильника – космическое пространство. Согласно [1,68], на 1м² земной поверхности попадает 10¹⁰ Дж солнечной радиации (по всему частотному спектру – от инфракрасного до g- лучей) в год. Эта энергия соответствует [49] потоку информации 6´10¹⁴ Вт / ⁰К на всю поверхность Земли или 10²³ байт на 1 м² ежесекундно. Иными словами, единица поверхности Земли получает в единицу времени порядок в количестве, превышающем информационную ёмкость всех существующих компьютеров. Неудивительно, что на Земле сформировался и продолжает накапливать гармонию весьма высокоразвитый, т. е. очень сложный по своей структуре природный феномен.

Ниже будем рассматривать, как происходит развитие природы, т. е. непрерывное усложнение ее структуры, в этой уникальной зоне – Земле. При этом следует подчеркнуть, что удельная тепловая энергия, поступающая от Солнца на единицу поверхности ближайших к Земле планет – Венеры и Марса – соответственно больше и меньше, чем первой, в 2 ÷ 2,5 раза. Это оказалось вполне достаточно, чтобы сложившиеся на этих планетах условия не смогли обеспечить формирование такой сложной биосферы, как на Земле.

В роли рабочего агента выступают, в частности:

- двигатель автомобиля (диссипативная система – вся его ходовая часть, включая органы управления);

- аккумуляторная батарея (или просто батарейка) многочисленных бытовых устройств: мобильных телефонов, портативных радиоприемников, фонариков, калькуляторов и др.;

- сеть электропитания бытовых устройств (пылесосов, холодильников, печей «Электроника», ламп и т.д.); электротранспорта, станков и другого промышленного оборудования;

- митохондрии клеток.

Дата добавления: 2015-08-27