В книге освещается история возникновения и развития нового направления в теплофизике ХХ столетия, получившего название термодинамики необратимых процессов. В ней впервые дано последовательно термодинамическое обоснование всех положений этой теории и ее обобщение на процессы полезного преобразования энергии. Предложена более простая форма законов переноса вещества, заряда, импульса и энергии, включающая описание термомеханических, термохимических, термоэлектрических, термомагнитных и т.п. эффектов, и дано новое объяснение последних. Вскрыто единство законов переноса и преобразования всех форм энергии в тепловых и нетепловых, циклических и нециклических, прямых и обратных машинах и заложены основы теории их подобия. Книга рассчитана на широкий круг лиц, стремящихся к углубленному изучению термодинамики.
Саратов: Изд.во СГУ, 1991, 168 с.
ПРЕДИСЛОВИЕ
засл. деятеля науки и техники РСФСР
д-ра физ-мат наук А.А. Гухмана
Небольшая по объему книга В.А. Эткина "Термодинамика неравновесных процессов..." глубоко своеобразна. Она представляет собой первую попытку последовательного изложения новой системы неравновесной термодинамики, существенно отличающейся от общепринятой и по своей логической структуре, и по принципам построения.
Решительно отказываясь от концепции равновесия в условиях нестатического процесса, автор рассматривает в качестве объекта исследования системы, в которых равновесие заведомо не имеет места и потому наряду с внешним взаимодействием протекают внутренние (релаксационные) процессы, приближающие эти системы к равновесию.
Коренное отличие предлагаемой теории от существующей формы обобщения классической термодинамики на неравновесные системы состоит в рассмотрении неравновесной системы как целого, без обычного в таких случаях деления ее на отдельные элементарные области, фазы и компоненты, которые предполагаются равновесными. Отказ при построении основ теории от идеализации процессов, выраженной в понятиях "квазиравновесный", "квазистатический", "обратимый" и т.п., придает предлагаемому подходу большую общность.
Разрабатывая свой метод обобщения термодинамики на локально неравновесные системы, автор принимает во внимание различные существующие системы ее обоснования и присоединяется к той концепции проблемы построения термодинамики, которая пишущему эти строки издавна представляется наиболее рациональной. Совсем кратко эта концепция состоит в утверждении существования процессов, вызывающих особые, качественно отличимые и несводимые друг к другу изменения состояния системы. Уже в самом этом положении содержится молчаливое признание того факта, что для каждого независимого процесса, будь то процесс внешнего взаимодействия (теплообмена, массообмена, объемной деформации и т.п.) или процесс релаксации (термической, механической, магнитной и т.д.), существуеь и в принципе может быть найдена особая, специфичная для него функция состояния - соответствующая ему координата. Развитие этой концепции позволяет обосновать идеи Онсагера, де Донде и Мандельштама - Леонтовича о необходимости введения дополнительных параметров для определения состояния неравновесных систем. Введение для каждого элемента неравновесной системы, в которой протекают процессы релаксации, дополнительных координат, а вслед за тем - термодинамических сил как производных от энергии системы по этим координатам - послужило автору основой для создания математического аппарата теории, в одинаковой мере пригодного для исследования любых процессов, в том числе обратимых (бездиссипативных) и полностью необратимых (чисто диссипативных). Это позволило получить основное содержание классической термодинамики как следствие теории при пренебрежимо малой диссипации, причем обнаружились новые возможности обобщения принципа исключенного вечного двигателя второго рода на нетепловые двигатели, а также принципа недостижимости абсолютного нуля температур - на другие потенциалы.
Большое достоинство теории заключается в возможности чисто термодинамического обоснования главнейших положений термодинамики необратимых процессов. Важное значение имеет обнаружение у доплнительных координат неравновесного состояния внутренних источников, подобных источнику энтропии. Существование баланса источников и стоков различных координат позволило автору приблизиться к решению проблемы термодинамических неравенств, обосновав сохранение термодинамического тождества при переходе к необратимым процессам, а вслед за тем - получить выражение диссипативной функции через потоки и силы. Наконец, удалось показать. Что известное положение теории необратимых процессов об априорной зависимости каждого из потоков от всех действующих в системе термодинамических сил также является следствием неравновесной термодинамики.
Заслуживает особого внимания то обстоятельство, что все эти положения получили обоснование независимо от каких-либо предположений относительно близости систем к равновесию или характера феноменологических законов. Это создает возможность выйти за пределы линейного приближения и распространить область применимости теории необратимых процессов на состояния, далекие от равновесия.
В методическом отношении книга интересна как последовательная попытка методологически единого изложения основ трех ныне обособленных дисциплин (технической термодинамики, теории необратимых процессов и теории теплообмена) как следствий неравновесной термодинамики. Предложенный автором метод исследования не требует составления громоздких уравнений баланса энергии, массы. Заряда, импульса, энтропии и т.д., поэтому книга заметно меньше обычного перегружена математическими выкладками. Благодаря этому книга может быть доступной и полезной не только для научных работкников и специалистов-теплотехников, интересующихся современным состоянием термодинамики в связи с необходимостью решения тех или иных задач новой техники, но и для широкого круга аспирантов и студентов высших учебных заведений, стремящихся к углубленному изучению термодинамики.