элементы термодинамики и кинетики неравновесных процессов. методические указания

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ ХАРЬКОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. В.Н.Каразина В.О. ЧЕРАНОВСКИЙ ЭЛЕМЕНТЫ ТЕРМОДИНАМИКИ И КИНЕТИКИ НЕРАВНОВЕСНЫХ ПРОЦЕССОВ. Методические указания к курсу лекций “Элементы неравновесной термодинамики в экологии” для студентов химического факультета Харьков − 2003 2 УДК: 536.7 Черановский В.О. Элементы термодинамики и кинетики неравновесных процессов. Методические указания. − Харьков: ХНУ, 2003. − 40с. В методических указаниях изложены теоретические основы неравновесной термодинамики и физической кинетики, которые могут найти применение в долгосрочном прогнозировании поведения экологических систем и для оптимизации экологического мониторинга. Для студентов химического факультета Харьковского национального университета, изучающих специальный курс “Элементы неравновесной термодинамики в экологии”. Рецензенты: Н.О.Мчедлов-Петросян, доктор химических наук, профессор, зав. кафедрой физической химии Харьковского национального университета им. В.Н.Каразина. О.М.Ермолаев, доктор физико-математических наук, профессор, зав. кафедрой теоретической физики Харьковского национального университета им. В.Н.Каразина. Рекомендовано кафедрой теоретической химии, (протокол № 9 от 12.06.2003) и учебно-методической комиссией химического факультета (протокол №10 от 18.06.2003)  Харьковский национальный университет им. В.Н.Каразина, 2003 В.О.Черановский, 2003 3 Оглавление Введение...............................................................................................................4 1. Общая характеристика теоретических методов исследования макроскопических систем...................................................................................6 2. Линейная неравновесная термодинамика.....................................................8 2.1. Линейный закон и соотношение взаимности Онзагера...........................8 2.2. Уравнения возникновения энтропии..........................................................9 3. Неравновесность как источник упорядочения...........................................11 4. Неравновесные фазовые переходы..............................................................13 5. Динамические системы.................................................................................16 5.1. Классификация динамических систем.....................................................17 5.2. Стационарные состояния динамических систем....................................20 6. Уравнение баланса массы.............................................................................29 7.Элементы статистического описания неравновесных процессов.............31 7.1. Уравнение Смолуховского. Принцип детального равновесия..............33 7.2. Кинетическое уравнение Больцмана........................................................36 Рекомендованная литература...........................................................................40 4 Введение Хорошо известно, какое значение в современных условиях сильного антропогенного воздействия на внешнюю среду имеет экологический мониторинг. С его помощью наблюдают за изменением характеристик отдельных звеньев экологической системы. На основе таких наблюдений делаются заключения об эволюции экологической системы во времени и разрабатываются практические рекомендации по поддержанию экологического баланса. Например, в природных водоемах различные антропогенные загрязнения могут оказать существенное угнетающее влияние на фотосинтетический аппарат водорослей, что в конечном итоге может уменьшить продуктивность всей водной экологической системы. Кроме непосредственного применения различных инструментальных физико-химических методов эколог