Sjálfsprottin þróun kerfis úr ó-jafnvægisástandi í jafnvægisástand er náttúrulögmál sem knúið er áfram af eðlislægum mögulegum mismun sem stefnir í hámarksóreiðuástand með óafturkræfu ferli. Kjarni þess er endurdreifing orku og efnis þar til stöðugu ástandi er náð þar sem stórsæ kyrrð er viðvarandi á meðan smásæ dýnamík heldur áfram.
Þetta þróunarferli er útbreitt í eðlisfræðilegum, efnafræðilegum og jafnvel líffræðilegum kerfum, svo sem heitavatnskælingu, blekdreifingu og málmvarmaleiðni, allt stjórnað af grundvallarþvingunum í öðru lögmáli varmafræðinnar.
Kjarnakerfi þróunarferlisins:
Mögulegur munur knýr breytingar. Grundvallarástæða þess að kerfi víkur frá jafnvægi er tilvist einhvers konar „möguleikamismunur,“ eins og hitamunur (hitaleiðni), þrýstingsmunur (rúmmálsþensla), styrkmismunur (dreifing) eða efnamöguleikamunur (hvarfsdrifkraftur). Þessi hugsanlegi munur mynda drifkraftinn innan kerfisins eða á milli kerfisins og umhverfis þess, sem veldur stórsæju flæði orku eða efnis.
Óafturkræft slökunarferli Þar sem utanaðkomandi íhlutun er ekki fyrir hendi, eyðir kerfi þessum mismun smám saman með innri víxlverkun (svo sem sameindaárekstrum og orkuskiptum). Þetta ferli er kallað slökun. Það er venjulega óafturkræft og fylgir aukning á óreiðu, í samræmi við annað lögmál varmafræðinnar.
Að ná kraftmiklu jafnvægi: Stórsæja kyrrð, smásæ virkni Þegar allir mælanlegir stórsæjar hallar hverfa (jafnt hitastig, stöðugur þrýstingur, stöðugur styrkur) fer kerfið í varmafræðilegt jafnvægi. Á þessum tímapunkti er ekkert nettóflæði stórsæ, en smásæjar agnir eru enn á stöðugri hreyfingu -þetta er kraftmikið jafnvægi (einnig kallað varmafræðilegt jafnvægi).
Dæmi um þróunarleið
1. Hitaleiðni: Hitastig hefur tilhneigingu til einsleitni
Upphafsástand: Annar endi málmstangar er í snertingu við há-hitagjafa og hinn endinn er í snertingu við lágan-hitagjafa, sem skapar hitastig.
Þróunarferli: Hiti er stöðugt fluttur meðfram stönginni frá háa-hitaendanum til lága-hitaendanum, samfara aukningu á óreiðu.
Lokaástand: Ef hitagjafarnir í báðum endum eru fjarlægðir og kerfið er einangrað, verður hitastig allrar stöngarinnar að lokum einsleitt og nær hitajafnvægi.
2. Dreifing: Einbeiting hefur tilhneigingu til einsleitni
Upphafsástand: Dropi af bleki er látinn falla í kyrrt vatn, sem veldur mjög háum staðbundnum styrk.
Þróunarferli: Bleksameindir dreifast smám saman vegna Brownískrar hreyfingar og röskun kerfisins eykst.
Lokaástand: Algjörlega blandað, einsleitur litur, hámarks óreiðu og dreifing hættir.
3. Efnahvarf: Hefur tilhneigingu til efnajafnvægis
Upphafsástand: Hár styrkur hvarfefna, enginn styrkur vöru.
Þróunarferli: Framvirkur viðbragðshraði er meiri en andstæða viðbragðshraði og kerfið þróast í átt að vörustefnunni.
Lokaástand: Fram- og afturhvarfshraðinn er jafn, styrkur hvers efnisþáttar breytist ekki lengur og efnajafnvægi er náð (tegund af varmafræðilegu jafnvægi).
Sérstök mál og landamæraskilyrði
|
Tegund máls |
Jafnvægisástand |
Skýring |
|
Einangrað kerfi |
Stefnir óhjákvæmilega í átt að jafnvægi |
Engar utanaðkomandi truflanir, hámarks óreiðu í lokin |
|
Lokað kerfi |
Getur náð jafnvægi |
Leyfir orkuskipti, en ekkert mál fer inn eða út |
|
Opið kerfi |
Getur haldið ó-jafnvægi í jafnvægi |
Svo sem eins og lifandi lífvera sem leggur stöðugt inn orku, myndar losandi uppbyggingu (eins og frumuefnaskipti) |
|
Metstable State |
Yfirborð stöðugt, en í raun ekki-jafnvægi |
Svo sem eins og ofurkælt vatn sem frýs ekki við -5 gráður, en hrynur niður í raunverulegt jafnvægisástand með smávægilegum truflunum |
Smásjársýn: Þróun frá sjónarhóli hegðunar agna
Frá sjónarhóli tölfræðilegrar eðlisfræði er kjarninn í kerfi sem hefur tilhneigingu til jafnvægis að kerfið stefnir í samsetningu smásjárástanda með mestar líkur á að það gerist. Lág-óreiðumyndun (röðuð) ástand samsvara mjög litlum fjölda smásjárfræðilegra stillinga, en há-óreiðumyndun (röskuð) ástand hafa mikla fjölda möguleika. Þess vegna er kerfið "líklegra" til að þróast í há-óreiðuástand-þetta er ekki viss, heldur tölfræðilega yfirþyrmandi niðurstaða.
Þetta útskýrir líka hvers vegna öfug ferli (eins og sjálfvirkt bleksamsöfnun) eru ekki fræðilega algerlega bönnuð, en eru nánast ómöguleg í raun og veru.
