Томский межвузовский центр дистанционного образования

Томский государственный университет

систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР)

Кафедра экономики

Контрольная работа № 3

по дисциплине «Концепция современного естествознания»

(Учебное пособие – электронный учебник по КСЕ, ТУСУР)

Выполнил:

студент ТМЦДО

специальности 080105

27 марта 2007 г.

г.

2007 г.

ВАРИАНТ 780

1) В чем заключается явление самоорганизации? Примеры из области химии и физики.

Суммарное уменьшение энтропии за счет обмена потоками с внешней средой, при определенных условиях, может превысить ее внутреннее производство. Появляется неустойчивость неупорядоченного однородного состояния, возникают и могут возрасти до макроскопического уровня крупномасштабные флуктуации. При этом из хаоса могут возникнуть структуры, которые начнут последовательно переходить во все более упорядоченные. Образование этих структур происходит не из-за внешнего воздействия, а за счет внутренней перестройки системы, поэтому это явление получило название самоорганизации.

Для описания процессов самоорганизации уже нельзя пользоваться представлениями линейной термодинамики необратимых процессов. Процессы самоорганизации описываются нелинейными уравнениями для макроскопических функций. Под действием крупномасштабных флуктуаций возникают коллективные формы движения, называемые модами, между которыми возникает конкуренция, происходит отбор наиболее устойчивых из них, что и приводит к спонтанному возникновению макроскопических структур.

Самоорганизация, по определению немецкого физика Штутгарта Германа Хакена, - «спонтанное образование высокоупорядоченных структур из зародышей или даже из хаоса», спонтанный переход от неупорядоченного состояния к упорядоченному за счет совместного, кооперативного (синхронного) действия многих подсистем.

Классическим примером возникновения структуры является конвективная ячейка Бенара. В 1900 году появилась статья Х. Бенара с фотографией возникшей структуры, которая напоминала пчелиные соты. Он наблюдал ее в ртути, налитой на широкий плоский сосуд, подогреваемый снизу. Слой ртути после того, как градиент температуры достиг некоторого критического значения, распадался на одинаковые шестигранные призмы с определенным соотношением между стороной и высотой. В центральной части такой призмы жидкость поднималась вверх, а по граням – опускалась. По поверхности жидкость растекалась от центра к краям, а в придонном слое – к центру. Начиная с критического значения разницы температур, возникли устойчивые структуры, названные ячейками Бенара.

Один из наиболее впечатляющих примеров возникновения самоорганизации дают химические реакции, среди которых наиболее известна реакция Белоусова-Жаботинского. Она была открыта в 1951 году Борисом Петровичем Белоусовым, который установил, что в растворе серной и малоновой кислот, сульфата церия и бромида калия при добавлении в качестве индикатора ферроина можно следить за ходом окислительно-восстановительных реакций по изменению цвета или по спектральному поглощению. Как только все эти вещества сливают в пробирку, раствор начинает менять цвет с красного, означающего избыток Ce3+, но голубой, соответствующий избытку Ce4+. В зависимости от концентрации раствора цвет менялся периодически, и этот период четко сохранялся, поэтому такие реакции стали называть «химическими часами».

Кривая изменения поглощения света показывала, что имеют место колебания, отличающиеся от синусоидальных. Начиная с некоторого числа колебаний, определяемого концентрацией, спонтанно возникают неоднородности концентрации и образуются устойчивые красные и синие слои, поддерживающиеся в течение получаса. Поскольку реакция идет в замкнутой системе, она приходит в конце концов к состоянию равновесия.