неравновесное состояние

НЕРАВНОВЕСНОЕ СОСТОЯНИЕ - в термодинамике состояние системы, выведенной из состояния равновесия термодинамического, в статистич. физике - из состояния равновесия статистического; одно из основных понятий термодинамики неравновесных процессов и статистич. теории неравновесных процессов (кинетики физической).

В системе, находящейся в Н. с., происходят необратимые процессы переноса (теплопроводность, диффузия и т. д.), к-рые стремятся вернуть систему в состояние термодинамич. (или статистич.) равновесия, если нет препятствующих этому факторов: отвода (или подвода) энергии и вещества из системы. В противном случае возможно стремление системы не к равновесному состоянию, а к стационарному Н. с., когда производство энтропии в системе компенсируется её отводом из системы. Н. с., время существования к-рых очень велико, наз. метастабильными состояниями. В термодинамике Н. с. определяется зависящими от времени и пространств. координат термодинамич. параметрами [темп-рой T(x,t), хим. потенциалами m_i(x,t)компонент, гидродинамич. скоростью u(x,t)], соответствующими состоянию квазиравновесия в малых объёмах системы. Для этих величин термодинамика неравновесных процессов позволяет получить ур-ния, определяющие перенос вещества, энергии, импульса, т. е. ур-ния диффузии, теплопроводности и ур-ния Навье - Стокса для вязкого течения жидкости.

В статистич. теории в общем случае сред, состоящих из взаимодействующих частиц, Н. с. определяется зависящей от времени ф-цией распределения всех частиц по координатам и импульсам или соответствующим ста-.тистич. оператором. Однако такое определение Н. с. имеет слишком общий характер, обычно достаточно описывать Н. с. менее детально, на основе огрублённого или т. н. сокращённого описания. Напр., для газа малой плотности достаточно знать одночастичную ф-цию распределения по координатам и импульсам любой из частиц, удовлетворяющую кинетическому уравнению Больцмана и полностью определяющую ср. значения плотностей энергий, импульса и числа частиц и их потоки. Для состояний, близких к равновесному, можно получить решение кинетич. ур-ния, зависящее от Т(х,t), m_i(x,t), u(x,t)и их градиентов и позволяющее вывести ур-ния переноса для газа. Однако ф-ция распределения по энергиям для частиц газа в стационарном Н. с. может сильно отличаться от равновесного распределения Максвелла. Напр., для электронов в полупроводниках в сильном электрич. поле, сообщающем электронам большую энергию, теряет смысл даже понятие темп-ры электронов, а ф-ция распределения отличается от макс-велловской и сильно зависит от приложенного поля.

В общем случае для состояний, близких к равновесному, можно найти реакцию системы на возмущение, вызванное внеш. приложенным полем (механич. возмущение), к-рая определяется запаздывающими Грина функциями в статистической физике. Если Н. с. обусловлено внутр. неоднородностями в системе, напр. неодно-родностями темп-ры, хим. потенциала, гидродинамич. скорости (термич. возмущения), то можно найти поправки к равновесной ф-ции распределения, зависящие от времени лишь через T(x,t), m_i(х,t), u(x,t)и их градиенты. Это позволяет получить систему ур-ний переноса с кинетич. коэф., определяемыми Грина - Кубо формулами через временные корреляц. ф-ции потоков.

Д. Н. Зубарев.

   <<      Предметный указатель      >>