От принципа Ле Шателье ‒ Брауна к диссипативным структурам

Препринт

Статус научной публикации

Препринт · На рецензировании

Материал находится на рецензировании

Это предварительная версия научной статьи. После публикации здесь будут размещены DOI, выходные данные и корректная ссылка для цитирования.

Не используйте этот препринт для научного цитирования.

Реклама, 0+. ООО "ПрогрессГео" ИНН 7716856596
erid: 2vfnxwnfdpm

Мерзляков Владимир Павлович

Ведущий научный сотрудник лаборатории Геокриологии им. Г.З. Перльштейна, к.т.н. Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН (ИГЭ РАН) cryo2@yandex.ru

Скачать препринт

Совместное рассмотрение принципа Ле-Шателье – Брауна, теории линейных необратимых процессов и теории диссипативных структур охватывает весь диапазон возможных состояний термодинамических систем. Принцип Ле-Шателье – Брауна выполняется при малом отклонении от равновесия (обобщенные силы равны нулю). В линейно-необратимых процессах обобщенные силы остаются достаточно слабыми. В противоположность этому диссипативные структуры возникают и поддерживаются благодаря обмену энергией и веществом с внешней средой в условиях, далёких от равновесия. В настоящей работе излагаются некоторые положения современной термодинамики с целью дальнейшего анализа известных явлений и предотвращения неправильного толкования и применения теории. Основные положения этой теории были разработаны применительно к химии. Однако они имеют более широкое значение и могут применяться в других разделах науки, в частности, в гидроаэродинамике и теплофизике. Ниже приводится доказательство принципа Ле Шателье – Брауна в редакции автора. Даются краткие сведения о ламинарных (линейно неравновесных) и турбулентных (нелинейно неравновесных) потоках. Анализируется «хрестоматийный» пример диссипативных структур: ячейки Рэлея – Бенара. Обсуждается возможность использования термина «диссипативная структура» по отношению к грунтовым основаниям фундаментов (механика грунтов). Особое место занимает эксперимент Боттомли по прохождению проволочки с грузом через лёд. Выводы из этого эксперимента имеют большое значение для механики мёрзлых грунтов. В статье показано, как распределяется энергия (тепловая и механическая) в каждом из рассмотренных примеров.

Реклама, 0+. ООО "КазГеоЛаб" ИНН 1660097939
erid: 2vfnxwv9vez

Данная статья доступна только в формате pdf. Скачать файл можно по ссылке над аннотацией.

Список литературы

Базаров И.П. Термодинамика. М.: «Высшая школа», 1991. – 376 с.
Брушков А.В., Мерзляков В.П., Власов А.Н., Талонов А.В., Ухов С.Б. Влияние локальных фазовых переходов на ползучесть пластично-мерзлых грунтов// Геоэкология, 1995, N5, с.71-77.
Вялов С.С. Реологические свойства и несущая способность мёрзлых грунтов. М.: АН СССР, 1959. ‒ 190 с.
Гетлинг А.В. Формирование пространственных структур конвекции Рэлея – Бенара // Успехи физических наук, 1991. Том 161, №9, с. 1 – 80.
Гленсдорф П., Пригожин И.Р. Термодинамическая теория структуры, устойчивости и флуктуаций. М.: «Мир», 1973. ‒ 280 с.
Иванов П.Л. Грунты и основания гидротехнических сооружений. М.: «Высшая школа», 1985. – 351 с.
Колунин В.С., Колунин А.В., Писарев А.Д. Тепломассоперенос через водонасыщенную керамику с включением льда под действием различных термодинамических сил. Часть 1. Градиент давления жидкости. // Криосфера Земли, 2011. Том XV, № 3, с. 56-60.
Колунин B.C., Колунин A.B., Писарев А.Д. Вклад движения льда в тепломассообменные свойства пористых сред // Криосфера Земли, 2011. Том XV, № 4, с. 43-45.
Комаров И.А. Термодинамика и теплофизика мёрзлых пород. М.: «Научный мир», 2025. ‒ 631с
Ландау Л.Д. и Лифшиц Е.М. Статистическая физика. М.: «Наука», 1964. ‒ 567 с.
Маэно Н. Наука о льде. – М.: Мир, 1988.– 229с.
Мерзляков В.П. Влияние внешнего давления на фазовое равновесие льда и влаги в мёрзлых грунтах// Основания, фундаменты и механика грунтов, 2001, №1, с. 2 − 6.
Мерзляков В.П. Основные явления, характерные для механического взаимодействия твёрдых частиц со льдом (анализ эксперимента Боттомли) // Основания, фундаменты и механика грунтов, 2007, №1, с. 2 − 7.
Мухаметгалеев Д.М., Савдур С.Н. Элементы термодинамики, хаос и порядок. Синергетика. Казань: Казанский Университет, 2016. ‒ 79 с.
Николис Г., Пригожин И. Р. Самоорганизация в неравновесных системах. М.: «Мир», 1979. ‒ 512 с.
Очкина Н.А., Захаров О.А. Классическая (равновесная) термодинамика. Неравновесная термодинамика. Самоорганизация природы. Пенза: ПГУАС, − 111 с.
Постоев Г.П. Диссипативные структуры в грунтовом массиве на примере формирования глубоких оползней// Инженерная геоэкология. 2018. Т. XIII, №3. С. 54 – 61.
Пригожин И.Р., Кондепуди Д. Современная термодинамика. М.: «Мир», 2002. ‒ 461 с.
Пуртов П. А. Введение в неравновесную химическую термодинамику. Новосибирск: НГУ, 2000. – 97 с.
Разбегин В.Н., Вялов С.С., Максимяк Р.В., Садовский А.В. Исследования механических свойств мерзлых грунтов // Основания, фундаменты и механика грунтов, 1996, №2, с. 2– 8.
Ревуженко А. Ф., Стажевский C. Б., Шемякин Е. И. О механизме деформирования сыпучего материала при больших сдвигах // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1974. № 3. С. 130–133.
Ревуженко А. Ф. Механика сыпучей среды: некоторые фундаментальные проблемы и приложения // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2014. № 5. С. 19–32.
Седов Л.И. Механика сплошной среды. Том 1. М.: «Наука», 1970. ‒ 492 с.
Соколовский В.В. Статика сыпучей среды. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1960. ‒ 240с.
Турбулентность. Принципы и применения / Ред. Фрост У., Моулден Т. – М.: «Мир», 1980. ‒ 535 с.
Учебное пособие по курсу "Механика грунтов" / Петраков А.А.,Яркин В.В., Таран Р.А., Казачек Т.В.; ред. Петраков А.А. – Макеевка: ДонНАСА, 2004. – 164 с.
Цытович Н.А. Механика грунтов. - М.: “Высшая школа”, 1983. - 257 с.
28 Эбелинг В. Образование структур при необратимых процессах. М.: «Мир», 1979. – 279 с.
Bottomley, J.T. [Melting and regelation of ice]. Nature, vol.5, no. 114, 1872, pp. 185.
Drake, L.D., Shreve, R.L. [Pressure melting and regelation of ice by round wires]. Proc. Roy. Soc. London, A332, 51, 1973, pp. 51 - 83.
Merzlyakov, V.P. [Hydraulics of Regelation Flows in the Frozen ground under load]. Composites: Mechanics, Computations, Applications, V.7, 2016, Issue 2, pp. 1 – 14.