26. Замкнутые системы взаимодействующих объектов. Равновесие системы. Энтропия. Закон возрастания энтропии.

Изолированной, или замкнутой системой назовем конечную область пространства, заполненную частицами, которые не могут обмениваться энергией с окружающими телами. Граница системы может быть как материальной (стенки сосуда), так и воображаемой, и представлять собой ту часть пространства, в которой происходит переход от свойств системы к свойствам внешней среды.

Свойства самой системы могут быть описаны несколькими величинами, которые называют параметрами системы.

Параметры, характеризующие состояние системы как единого целого, определяют, проводя опыты со всей системой. Если же измерять параметры небольших выделенных объёмов системы, то легко заметить, что вследствие непрекращающегося движения частиц, они хаотически меняются. Отклонение значений параметров частей системы от значений соответствующих параметров усредненных по всей системе называют флуктуациями.

Энтропия - это величина, характеризующая меру беспорядка. Состояние равновесия есть наиболее вероятное состояние, оно осуществляется наибольшим числом микросостояний, поэтому в состоянии равновесия энтропия системы максимальна. Если замкнутая система в некоторый момент времени не находится в состоянии равновесия, то в следующие моменты времени в ней начинают происходить процессы перехода в более вероятное состояние. Другими словами, в изолированной системе процессы всегда происходят в направлении возрастания энтропии. Точнее, во всех замкнутых системах энтропия не убывает, она либо постоянна, либо возрастает. Это утверждение носит название закона возрастания энтропии.

В неизолированных системах энтропия может и возрастать и убывать, в зависимости от характера процессов взаимодействии системы с окружающей средой.

27. Открытие системы. Динамическое равновесие. Точки бифуркаций. Закон минимума прироста энтропии.

Равновесное состояние механической системы – это такое её состояние, при котором приращение потенциальной энергии является бесконечно малой величиной более высокого порядка, чем приращение параметров системы. В состоянии равновесия потенциальная энергия системы имеет экстремальное значение, т.е., или максимальное или минимальное. В консервативной системе равновесие называют устойчивым, если потенциальная энергия системы минимальна. В состоянии устойчивого равновесия система «лежит на дне потенциальной ямы». В этом состоянии равнодействующая все сил равна нулю, а при изменении параметров системы возникают силы, возвращающие её в положение равновесия. Если же система находится в состоянии неустойчивого равновесия, то говорят, что она «лежит на вершине горы» и при смещении системы в результате внешнего воздействия или флуктуации она «скатывается в потенциальную яму». Диссипативные силы (силы, рассеивающие энергию) делают устойчивое равновесие ещё более устойчивым.

Открытая система — физическая система, которую нельзя считать закрытой по отношению к окружающей среде в каком-либо аспекте — информационном, вещественном, энергетическом и т. д. Открытые системы могут обмениваться веществом, энергией, информацией с окружающей средой. Термодинамические открытые системы активно взаимодействуют с внешней средой, причем наблюдатель прослеживает это взаимодействие не полностью, оно характеризуется высокой неопределённостью. При определённых условиях такая открытая система может достигать стационарного состояния, в котором её структура или важнейшие структурные характеристики остаются постоянными, в то время как система осуществляет со средой обмен веществом, информацией или энергией — этот процесс называется гомеостазом. Открытые системы в процессе взаимодействия со средой могут достигать так называемого эквифинального состояния, то есть состояния, определяющегося лишь собственной структурой системы и не зависящего от начального состояния среды. Такие открытые системы могут сохранять высокий уровень организованности и развиваться в сторону увеличения порядка и сложности, что является одной из наиболее важных особенностей процессов самоорганизации.

Бифуркация - изменение характера движения динамической системы на большом временном интервале при изменении одного или нескольких параметров. Те значения параметров, при которых изменяются качественные или топологические свойства движения, называются критическими или бифуркационными значениями.

Точка бифуркации — критическое состояние системы, при котором система становится неустойчивой относительно флуктуаций и возникает неопределенность: станет ли состояние системы хаотическим или она перейдет на новый, более дифференцированный и высокий уровень упорядоченности.

Закон минимума прироста энтропии - при возможности развития процесса в нескольких направлениях реализуется то, которое обеспечивает минимум рассеивания энергии. Таким образом, эволюция всегда направлена на снижение рассеивания энергии, на ее неравномерное распределение, так как полная энтропия — абсолютно равномерное распределение энергии.