Рассеивание - Dissipation

В термодинамика, рассеяние является результатом необратимый процесс что происходит в однородных термодинамические системы. Диссипативный процесс - это процесс, в котором энергия (внутренний, объемный поток кинетический, или система потенциал ) является преобразованный от некоторой начальной формы к некоторой окончательной форме; способность окончательной формы делать механическая работа меньше, чем у исходной формы. Например, теплопередача диссипативен, потому что это передача внутренней энергии от более горячего тела к более холодному. После второй закон термодинамики, то энтропия варьируется в зависимости от температура (снижает способность комбинации двух тел выполнять механическую работу), но никогда не уменьшается в изолированной системе.

Эти процессы производят энтропию (см. производство энтропии ) с определенной скоростью. Умножение скорости производства энтропии на температуру окружающей среды дает рассеиваемую мощность. Важными примерами необратимых процессов являются: тепловой поток через термическое сопротивление, поток жидкости через сопротивление потоку, диффузию (перемешивание), химические реакции, и электрический ток течь через электрическое сопротивление (Джоулевое нагревание ).

Определение

Термодинамические диссипативные процессы по существу необратимы. Oни производить энтропию с конечной скоростью. В процессе, в котором температура локально непрерывно определяется, локальная плотность скорости производства энтропии, умноженная на локальную температуру, дает локальную плотность рассеиваемой мощности. [Требуется определение!]

Отдельное явление диссипативного процесса не может быть описано одним человеком. Гамильтониан формализм. Диссипативный процесс требует набора допустимых индивидуальных гамильтоновых описаний, которые точно описывают неизвестное фактическое конкретное возникновение интересующего процесса. Это включает трение и все подобные силы, которые приводят к декогерентности энергии, то есть преобразованию последовательный или направленный поток энергии в косвенный или более изотропный распределение энергии.

Энергия

«Преобразование механической энергии в тепло называется рассеянием энергии». - Франсуа Роддье[1] Этот термин также применяется к потере энергии из-за нежелательного выделения тепла в электрических и электронных цепях.

Вычислительная физика

В вычислительная физика числовая диссипация (также известная как «числовая диффузия») относится к определенным побочным эффектам, которые могут возникнуть в результате численного решения дифференциального уравнения. Когда чистый адвекция Уравнение, не имеющее диссипации, решается методом численной аппроксимации, энергия начальной волны может быть уменьшена аналогично диффузионному процессу. Говорят, что такой метод содержит «диссипацию». В некоторых случаях специально добавляется «искусственное рассеивание» для улучшения числовая стабильность характеристики решения.[2]

Математика

Формальное математическое определение рассеяния, обычно используемое при математическом исследовании сохраняющие меру динамические системы, приведено в статье странствующий набор.

Примеры

В гидротехнике

Рассеяние - это процесс преобразования механической энергии нисходящей воды в тепловую и акустическую. В руслах ручьев спроектированы различные устройства для уменьшения кинетической энергии текущих вод, чтобы уменьшить их эрозионный потенциал на банках и дно реки. Очень часто эти устройства выглядят как маленькие водопады или каскады, где вода течет вертикально или над каменная наброска потерять часть своего кинетическая энергия.

Необратимые процессы

Важными примерами необратимых процессов являются:

  1. Тепловой поток через тепловое сопротивление
  2. Поток жидкости через сопротивление потоку
  3. Распространение (смешивание)
  4. Химические реакции[3][4]
  5. Электрический ток протекает через электрическое сопротивление (Джоулевое нагревание ).

Волны или колебания

Волны или колебания проиграть энергия над время обычно из трение или турбулентность. Во многих случаях «потерянная» энергия увеличивает температура системы. Например, волна что проигрывает амплитуда говорят, что он рассеивается. Точный характер эффектов зависит от природы волны: атмосферная волна, например, может рассеиваться близко к поверхности из-за трение с землей, а на более высоких уровнях из-за радиационное охлаждение.

История

Смотрите также: Хронология термодинамики

Понятие диссипации было введено в область термодинамики А. Уильям Томсон (Лорд Кельвин) в 1852 году.[5] Лорд Кельвин пришел к выводу, что подмножество вышеупомянутых необратимых диссипативных процессов будет происходить, если процесс не управляется «совершенным термодинамическим двигателем». К процессам, которые определил лорд Кельвин, относились трение, диффузия, теплопроводность и поглощение света.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Роддье Ф., Thermodynamique de l'évolution (Термодинамика эволюции), условно-досрочное освобождение, 2012 г.
  2. ^ Томас, Дж. Численное уравнение в частных производных: конечно-разностные методы. Springer-Verlag. Нью-Йорк. (1995)
  3. ^ Глансдорф, П., Пригожин, И. (1971). Термодинамическая теория структуры, устойчивости и флуктуаций, Wiley-Interscience, Лондон, 1971 г., ISBN  0-471-30280-5, п. 61.
  4. ^ Eu, B.C. (1998). Неравновесная термодинамика: метод ансамблей, Kluwer Academic Publications, Дордрехт, ISBN  0-7923-4980-6, п. 49,
  5. ^ В. Томсон Об универсальной тенденции природы к рассеиванию механической энергии Философский журнал, сер. 4, стр. 304 (1852 г.).