32 Пригожин принципі

Пригожин принципі- тепе тең емес процестер термодинамикасы

Ашық системадағы қайтымсыз процестердің «Сызықтық термодинамикасының» негізін салушы ғалымдардың бірі И. Пригожин (бельгиялық физик, химик, 1947 ж.) «... системаның стационар күйі экстремальдық принциппен сипатталынады» деді. Кейіннен ол принцип «Пригожин теоремасы» болып қалыптасты: «Сыртқы параметрлері межеленген ашық системаның стационар күйіндегі энтропияның уақыт аралығындағы өзгерісі тұрақты, шамасы минимальды (болмашы, өте аз) болады».

Бұл теоремадан төмендегідей де қорытынды шығады. Егер система, кейбір себептермен, стационар күйден ауытқыса, онда бұл процесс системаның энтропия шамасының өзгеріс жылдамдығы өте аз мәнге жеткенше жүреді

Тепе-теңдік емес термодинамикасында стационар күй ерекше орын алады. Термодинамикалық тепе-теңдіктің жоқ болуына қарамастан жүйенің ұзақ уақыт бойына өзінің кейбір физикалық және химиялық қасиеттерін сақтап тұру қасиеті стационар күй деп аталады.

Стационарлық күй ашық жүйеге тән болады. Жүйе стационарлық күйге ие болу үшін ол жүйеге сырттан зат және энергия келіп түсуі керек те, сонан кейін жүйеден сыртқа зат пен энергия шығып отыруы керек. Олай болса, биологиялық организм стационар күйде болады. Өйткені, биологиялық организм үнемі өзін қоршаған ортадан зат пен энергия алады және оларды қоршаған ортаға шығарып отырады. Стационар күйде қайтымсыз процестер жүреді. Бұл қайтымсыз процестер энтропияның өсуіне әкеліп соқтырады. Осыған қарамастан биологиялық организмнің жалпы энтропиясы өзгеріссіз қалады. Стационарлы күйдегі ішкі жүйенің энтропиясы қоршаған ортадағы энтропиямен теңеледі (орны толады). Сондықтанда жүйедегі жалпы энтропия өзгеріссіз қалады:

dS= dіS+ dеS=0

Ашық биологиялық жүйенің термодинамикасын негізін қалаушы–лардың бірі Берталанффи мұндай стационарлы күйді ағынды (проточный) тепе-теңдікті күй деп атады. Мұндағы dіS-жүйедегі қайтымсыз процестердің әсерінен энтропияның өзгеруі; dеS-биологиялық жүйенің өзін қоршаған ортамен әсерлесуі нәтижесінде энтропияның өзгеруі. Процестердің қайтымсыздығы энтропия өзгері–сінің өсуіне (dіS>0) әкеліп соқтыратын болса, күйдің стационарлығы энтропияның өзгеріссіз қалуына әкеліп соқтырады, яғни dS=0. Олай болса dеS =dS-dіS<0 екенін байқар едік. Бұл теңсіздік биологиялық жүйеге келіп түсетін заттар энтропиясының (dеS) жүйеден шығып кететін заттардың энтропиясынан (dіS) кем екенін көрсетеді. Сонымен биологиялық жүйе үшін энтропия өзі (S-const) тұрақты болғанмен, оның (жүйесінің) ортадан алатын энтропиясының өзгеруі dеS<0, ал жүйенің ортаға шығарып жіберетін затының энтропиясының өзгеруі dіS>0 болады. Осыдан биологиялық организм мен қоршаған ортаның энтропиясы өскенімен, жалпы организмнің (биологиялық жүйенің) энтропиясы тұрақты болып қалады (S-const). (1) формуланы түрлендірсек: dS= dіS+ dеS

dt dt dt

Бұл формуланы Пригожин формуласы деп атайды. Бұл өрнек организм мен сыртқы ортаның энтропия алмасуының теңдігін көрсетеді. Ал стационар күй үшін S-const, dS/Δt=0 екенін ескерсек, онда

dіS=- dеS

dt dt

Пригожин формуласынан көріп отырғанымыздай стационар күй үшін энтропия өзгерісі нөлге тең болмайды. Бұдан стационар күйде (яғни биологиялық жүйеде) заттар алмасуы үздіксіз болып тұрады.

Ашық жүйелердің стационар күйін тұрақты және тұрақты емес деп бөлуге болады. Тұрақты стационар күй энтропия өзгерісі жылдамдығының ең аз мәніне ие болады. Тірі организм тұрақты стационар күйдің бір дәлелі бола алады. Егер сыртқы ортаның өзгеруіне (айталық қысымның, температураның) байланысты организм стационарлық күйде тұра алатын болса, онда организм осы ортаға үйренеді де (адаптацияланады) өмір сүре береді. Ал қоршаған ортаның өзгеруіне байланысты организм стационарлық күйден ауытқып кететін болса, онда организм өмір сүруін тоқтатады.

Пригожин өрнегі организм мен сыртқы ортаның энтропия алмасуының теңдігін көрсетеді.Ал стационар күй үшін S=conct, ds/dt =0 екенін еске алсақ 〖ds〗_i/dt=- ds/dt бұдан көріп отырғанымыздай стационар күй үшін энтропия өзгерісі нөлге тең болмайды,стационар күйде заттар алмасуы үздіксіз жүріп отырады. Сыртқы өлшемдер анық болған кездегі стационарлық куйдегі жүйедегі энтропияның өну жылдамдығын уақыт бойынша тұрақты және көлем боййынша кіші. Егер жүйе қандайда бір себеппен стационарлық күйден шығарылған болса энтропия өсуінің үлестік жылдамдығы ең кіші мәнге ие болмайынша өзгере береді. Тұрақты жағдайда Пригожин принципі орындалады. Биожүйеде энтропия бағасы оң және минимальді. Тек қана тұрақты жағдайда орындалады.