Большая Советская Энциклопедия (ОТ)
Шрифт:
Отклонения термодинамических параметров от их равновесных значений (термодинамические силы) вызывают в системе потоки энергии и вещества (см. Переноса явления ). Происходящие процессы переноса приводят к росту энтропии системы. Приращение энтропии системы в единицу времени называют производством энтропии .
Согласно второму началу термодинамики , в замкнутой изолированной системе энтропия, возрастая, стремится к своему равновесному максимальному значению, а производство энтропии — к нулю. В отличие от замкнутой системы, в О. с. возможны стационарные состояния с постоянным производством энтропии, которая должна при этом отводиться от системы. Такое стационарное состояние характеризуется постоянством скоростей химических реакций и переноса реагирующих веществ и энергии. При таком «проточном равновесии» производство энтропии в О. с. минимально (Пригожина теорема ). Стационарное неравновесное состояние
Наиболее интересные свойства О. с. выявляются при нелинейных процессах. При таких процессах в О. с. возможно осуществление термодинамически устойчивых неравновесных (в частном случае стационарных) состояний, далёких от состояния термодинамического равновесия и характеризующихся определённой пространственной или временной упорядоченностью (структурой), которую называют диссипативной, т.к. её существование требует непрерывного обмена веществом и энергией с окружающей средой. Нелинейные процессы в О. с. и возможность образований структур исследуются на основе уравнений кинетики химической ; баланса скоростей химических реакций в системе со скоростями подачи реагирующих веществ и отвода продуктов реакции. Накопление в О. с. активных продуктов реакций или теплоты может привести к автоколебательному (самоподдерживающемуся) режиму реакций. Для этого необходимо, чтобы в системе реализовалась положительная обратная связь : ускорение реакций под воздействием либо её продукта (химический автокатализ), либо теплоты, выделяющейся при реакции. Подобно тому, как в колебательном контуре с положительной обратной связью возникают устойчивые саморегулирующиеся незатухающие колебания (автоколебания), в химической О. с. с положительной обратной связью возникают незатухающие саморегулирующиеся химические реакции. Автокаталитические реакции могут привести к неустойчивости химических процессов в однородной среде и к появлению у О. с. стационарных состояний с упорядоченным пространственным неоднородным распределением концентраций (диссипативных структур с упорядоченностью на макроскопическом уровне). Характер структур определяется конкретным типом химических реакций. В О. с. возможны также концентрационные волны сложного нелинейного характера.
Теория О. с. важна для понимания физико-химических процессов, лежащих в основе жизни, т.к. живой организм представляет собой устойчивую саморегулирующуюся О. с., обладающую высокой организацией как на молекулярном, так и на макроскопическом уровне. Подход к живым системам как к О. с., в которых протекают нелинейные химические реакции, открывает новые возможности для исследования процессов молекулярной самоорганизации на ранних этапах возникновения жизни.
Теория О. с. является частным случаем общей теории систем, к которым относятся, например, рассматриваемые в кибернетике системы переработки информации, транспортные узлы, системы энергоснабжения и др. Подобные системы, хотя и не являются термодинамическими, но описываются системой уравнений баланса, в общем случае нелинейных, аналогичных рассматриваемым для физико-химических и биологических О. с. Для всех систем существуют общие проблемы регулирования и оптимального функционирования.
Лит.: Шредингер Э., Что такое жизнь? С точки зрения физика, пер. с англ., 2 изд., М., 1972; Гроот С., Мазур П., Неравновесная термодинамика, пер. с англ., М., 1964; Франк-Каменецкий Д. А., Диффузия и теплопередача в химической кинетике, 2 изд., М., 1967; Гленсдорф П., Пригожин И., Термодинамическая теория структуры, устойчивости и флуктуаций, пер. с англ., М., 1973; Панченков Г. М., Лебедев В. П., Химическая кинетика и катализ, М., 1961; Пасынский А. Г., Биофизическая химия, М., 1963; Волькенштейн М. В., Биология и физика, «Успехи физических наук», 1973, т. 109, в. 3; Пригожин И., Николис Ж., Биологический порядок, структура и неустойчивости, там же; Эйген М., Самоорганизация материи и эволюция биологических макромолекул, пер. с англ., М., 1973.
Д. Н. Зубарев.
Открытый город
Откры'тый го'род, в международном праве город, который объявлен одним из воюющих государств незащищенным и поэтому не может быть театром военных действий. Правовой статус О. г. основывается на положении «О законах и обычаях сухопутной войны», принятом на Гаагской конференции 1907. Статья 25 положения запрещает «атаковать или бомбардировать каким бы то ни было способом незащищенные города, селения, жилища или строения». Во время 2-й мировой войны 1939—45 О. г. объявлялись, например, Париж, Рим.
Открытый грунт
Откры'тый грунт, незащищенная (открытая) площадь, занятая овощными (в овощеводстве ) или декоративными растениями. Из О. г. в СССР получают около 98% овощей и цветов. При среднесуточной температуре 1—5 °С с наступлением спелости почвы рано весной (а иногда и осенью) в О. г. высевают семена холодостойких овощных растений из семейства крестоцветных, зонтичных, а также свёклу, салат, шпинат и горох. Семена требовательных к теплу растений семейства тыквенных, паслёновых, фасоли и кукурузы высевают весной при среднесуточной температуре 10—15 °С. Высадку рассады холодостойких растений в О. г. начинают при среднесуточной температуре 5—10 °С, а теплолюбивых — при 15 °С, по окончании весенних заморозков.
Открытый лист
Откры'тый лист, документ на право производства раскопок и разведок археологических памятников в СССР. В дореволюционной России О. л. выдавались Археологической комиссией в Петербурге; после Октябрьской революции 1917 — Главнаукой Наркомпроса РСФСР в Москве. Согласно постановлению Советского Министерства СССР от 14 октября 1948 «О мерах улучшения охраны памятников культуры» О. л. в РСФСР выдаются АН СССР (Институтом археологии), в союзных республиках — республиканскими АН или другими научными учреждениями. О. л. выдаются сроком на один год только лицам, получившим специальную практическую подготовку для проведения самостоятельных полевых археологических исследований, с обязательным представлением научных отчётов о всех произведённых работах. Самовольные раскопки археологических памятников в СССР запрещены.
Открытый резонатор
Откры'тый резона'тор, колебательная система, образованная совокупностью зеркал, в которой могут возбуждаться и поддерживаться слабо затухающие электромагнитные колебания оптических и СВЧ диапазонов с излучением в свободное пространство. Применяется в качестве колебательной системы (резонатора) оптического квантового генератора (лазера ), а также в некоторых приборах миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов (оротроне и др.).
Для длин волн l < 0,1 см использование объёмных резонаторов , широко применяемых в диапазоне СВЧ и имеющих размеры порядка l, затруднительно из-за малости их размеров и больших потерь энергии в стенках. Использование же объёмных резонаторов с размерами, существенно превышающими l, также невозможно, т.к. в таком резонаторе возбуждается большое число собственных колебаний, близких по частоте, в результате чего резонансные линии перекрываются и резонансные свойства практически исчезают. Оказывается, однако, что при удалении части стенок такого объёмного резонатора почти все его собственные колебания становятся сильно затухающими и лишь малая их часть (при надлежащей форме оставшихся стенок) затухает слабо. В результате спектр собственных колебаний образовавшегося таким образом О. р. сильно «разреживается».
Первые О. р. в виде двух плоских параллельных зеркал предложили в 1958 А. М. Прохоров , а затем американские учёные Р. Х. Дикке, А. Л. Шавлов и Ч. Таунс . Если допустить, что между двумя плоскими зеркалами, расположенными на расстоянии L друг от друга, распространяется плоская волна, то в результате отражения от зеркал в пространстве между зеркалами образуется стоячая волна. Условие резонанса имеет вид: L = q l/2, где q — целое число, называется продольным индексом колебания. Собственные частоты О. р. образуют арифметическую прогрессию с разностью с /2L (эквидистантный спектр). В действительности края зеркал искажают (возмущают) поле плоской волны, что приводит к появлению колебаний с различными поперечными индексами m и n , определяющими число осцилляций поля в поперечных направлениях и распределение плотности тока на поверхности зеркал (рис. 1 ). Чем больше индексы m и n , тем число осцилляций больше и тем выше затухание колебания, обусловленное излучением в пространство, т. е. в сущности дифракцией на краях зеркал (см. Дифракция света ). Спектр собственных частот плоского О. р. имеет вид, изображенный на рис. 2 . Поскольку коэффициент затухания растет с увеличением поперечных индексов m и n быстрее, чем частотный интервал между соседними колебаниями, то резонансные кривые, отвечающие большим m и n , перекрываются, и соответствующие колебания не проявляются. Коэффициент затухания, вызванного излучением, зависит как от индексов m и n , так и от числа N зон Френеля, видимых на зеркале диаметром R из центра др. зеркала, находящегося на расстоянии L : N = R 2 /2L l. При N ~ 1 остаётся 1—2 колебания, сопутствующие основному колебанию.