Bilim sohasi

4.3-§. STATSIONAR HOLAT. ENTROPIYA HOSIL QILISHNING MINIMUMI PRINSIPI

Yuqorida bayon qilingan termodinamik masalalar asosan muvozanatli jarayonlarga yoki muvozanatli holatga olib keladigan jarayonlarga taalluqli.

Bunday cheklanishlar, termodinamik jarayonlaming izolatsiyalangan sistemalarda o‘rganilishiga sabab bo'lganini tushuntirishga imkon berdi.

Ammo tabiatda va texnikada real jarayonlar va holatlar muvozanatsiz hisoblanadi. Ko‘pgina sistemalar esa ochiq sistemalardir. Bu jarayonlar va sistemalar muvozanatsiz holatlar termodinamikasida ko‘rib o‘tiladi.

Muvozanatli termodinamikada eng asosiy holat muvozanatli holat bo‘lgani kabi muvozanatsiz termodinamikada asosiy rolni statsionar holat o‘ynaydi. Statsionar holatda sistemada yuz beradigan qaytmas jarayonlar (diffuziya, issiqlik o‘tkazuvchanlik va boshqalar) entropiyani orttirishiga qaramay, sistemaentropiyasi o‘zgarishsiz qoladi. Bu qarama-qarshilikni qanday tushunsa boiadi?

Sistema entropiyasi o‘zgarishi ΔS ni ikkita qo‘shiluvchi ko'rinishida ifodalaymiz:

ΔS = ΔS_i + ΔS_e (4.12)

bu yerda ΔS, — sistemadagi qaytmas jarayonlar bilan bog’lq bo’lgan entropiyaning o‘zgarishi; ΔS_e— sistemani tashqi muhit jismlari (sistema orqali o‘tuvchi oqimlar) bilan ta’sirlashuvi tufayli yuzaga kelgan entropiyaningo‘zgarishi.

Jarayonlaming qaytmasligi ΔS_i> 0, holatining statsionarligi esa ΔS = 0 ga olib keladi; demak ΔSe = ΔS – ΔS_i< 0 bo’ladi. Bu sistemaga o‘tayotgan mahsulotdagi (modda va energiya) entropiya sistemadan chiqayotgan mahsulotdagi entropiyadan kichik ekanligini bildiradi.

Aytib o‘tilganidek, muvozanatli holatda entropiya maksimal, Gibbs energiyasi esa minimal bo’ladi. I.Prigojin ham statsionar holat uchun entropiyaning minimum hosil bo’lish prinsipini ta’riflab, ayrim funksiyalarning ekstremal qiymatlarini ko‘rsatdi. Sistemaning statsionar holatidan sistemaning muvozanatli holatga qaytishiga to'sqinlik qiluvchi tashqi muhit sharoitlarining ma’lumotlariga qarab qaytmas jarayonlar oqibatida sistemaning statsionar holatidagi entropiyaning paydo bo’lish tezligi minimumga ega boiadi (dS_i/dt>0 va minimal).

Prigojin prinsipiga muvofiq, sistemaning statsionar holatida ichki muvozanatsiz holatlar (diffuziya, issiqlik o‘tkazuvchanlik, kimyoviy reaksiyalar va boshqalar) shunday o‘tadiki, entropiyaning har bir sekunddagi o‘zgarishi minimumga ega boiadi. Bu esa sistema ichki qaytmas jarayonlar hisobiga statsionar holatidan chiqish imkoniyatiga ega emasligini bildiradi. Shunday qilib, agar sistemaning uncha katta bolmagan chetlanishlari (fluktuatsiyasi) yuz bersada, ichki jarayonlaming dS_i/dtkamaytirishga intilishi sistemani yana o‘z holatiga qaytaradi.

Shuni aytib olish lozimki, hamma bayon etilganlar, shu qatorda Prigojin prinsipi ham berilgan va o‘zgarmaydigan tashqi muhit sharoitlari uchun to‘g‘ridir.

Tashqi ta’sirning o‘zgarishida (sistemaga kiruvchi va sistemadan chiquvchi oqimlar) yangi tashqi sharoitlar vaqt davomida saqlanib tursagina sistema bir statsionar holatdan ketadi va boshqasiga o‘tadi.

Biologik sistemalarda statsionar holatlar orasidagi o‘tishlarga nerv impulsining generatsiyasini, muskul qisqarishlarini va hokazolami misol qilib olish mumkin.