Характеристики устойчивого и неустойчивого стационарного состояния системы. Диссипативная структура.

Состояние системы, при котором ее параметры не изменяются в течении длительного времени, но происходит обмен веществом и энергией с окружающей средой, называют стационарным.

Состояние системы называется стационарным, если величина энтропии не изменяется во времени dS = 0 (diS = - deS).

Энтропия системы в стационарном состоянии - стабильная, но не максимальная.

Градиенты и потоки сохраняются в системе.

Отличие стационарного состояния от равновесного заключается в том, что в этом состоянии макроскопические процессы не прекращаются, как в случае равновесного состояния, а идут с постоянной скоростью.

График зависимости ТdS/dt от h Т – температура, dS/dt – скорость производства энтропии, h – како-либо показатель стационарного уровня системы

Устойчивое стационарное состояние характеризуется тем, что при отклонении системы от стационарного уровня в ней возникают силы, стремящиеся вернуть ее в первоначальное положение. Появление неустойчивости в биологических системах можно рассматривать как новое их состояние, которое стабилизируется во времени и пространстве.

Диаграммы устойчивого (а) и неустойчивого (б) стационарных состояний в открытой системе.

Диссипативная структура- это устойчивое состояние, возникающее в неравновесной среде при условии диссипации (рассеивания) энергии, которая поступает извне. Диссипативная система характеризуется спонтанным появлением сложной, зачастую хаотичной структуры. Простыми примерами диссипативных структур являются ячейки Бенара, лазеры и биологические процессы. Диссипация энергии системы – это переход части энергии упорядоченного процесса в энергию неупорядоченного процесса, в конечном счете – тепловую.

· Если система выходит из стационарного состояния самопроизвольно, происходит увеличение энтропии.

· В результате в системе возникают процессы, которые стремятся возвратить её в стационарное состояние.

· Если изменения не превышают определенных пределов, то стационарное состояние может восстановиться, т.е. небольшие отклонения от стационарного состояния не ведут к необратимым изменениям.