Cтраница 4
Теперь мы можем более четко сформулировать соображения о том, что столкновения молекул между собой не влияют на полученный результат. Но на самом деле некоторые из них не долетят до стенки, так как в результате столкновений могут изменить направление скорости. Но кроме таких столкновений, в результате которых молекулы уходят из выделенной группы, в газе происходят столкновения, пополняющие эту группу молекул. В состоянии теплового равновесия, когда в газе отсутствуют макроскопические потоки, среднее число молекул в каждой группе не меняется со временем, несмотря на частые столкновения молекул. [46]
Первоначально автоматизировалась одна или несколько операций анализа. Современные автоанализаторы позволяют автоматизировать всю процедуру анализа, начиная от отбора и подготовки пробы к анализу и кончая записью результатов анализа и выдачи ее потребителю. Автоанализаторы могут использоваться как в лаборатории, так и в промышленности. В англоязычной литературе эта область обозначается как Process Analytical Chemistry, в литературе на немецком изыке используется соответственно термин ProzePanalytic. При переводе книги последний термин был переведен как анализ процессов, или динамический анализ, задача которого была определена как контроль за макроскопическими потоками материалов или за ходом производственного процесса. Наконец, совсем недавно для обозначения этой области был предложен термин промышленная аналитическая химия. [47]
Интересно, что согласно больцмановскому принципу упорядоченности, выражаемому каноническим распределением, вероятность возникновения бенаровской конвекции почти равна нулю. Каждый раз, когда в системе, находящейся вдали от равновесия, возникают новые когерентные состояния, оценка ее с позиций концепции вероятности, основанной на подсчете числа микросостояний, становится бессмысленной. Что касается систем, в которых возникает конвекция Бенара, то можно полагать, что небольшие конвекционные потоки, представляющие собой отклонение системы от некоторого среднего ее состояния, в них существуют всегда. Однако пока величина градиента температуры не превышает некоторого критического его значения, эти флуктуации гасятся и исчезают. Напротив, когда величина градиента температуры превышает его критическое значение, амплитуда некоторых флуктуации возрастает, что в конечном счете приводит к формированию макроскопического потока. В результате возникает новый надмолекулярный порядок, по существу представляющий собой гигантскую флуктуацию, стабилизируемую благодаря обмену энергией между системой и окружающей ее средой. Это и есть порядок, характеризуемый наличием в системе диссипативных структур. [48]
Наиболее сильное влияние оказывает неравенство температур и обусловленные им термомолекулярное течение и конвекция газа. Их роль в разном интервале давлений неодинакова. В любом случае тело, помещенное в атмосферу газа с температурным градиентом, испытывает действие суммарной силы, обусловленной моментом количества движения ударяющих о него молекул, и величина этой силы зависит от размера и формы тела. В области, соответствующей термомолекулярному течению, эта сила возникает потому, что кинетическая энергия молекул зависит от их температуры, которая неодинакова из-за наличия градиента, в то время как в области конвекции положение тела определяется макроскопическим потоком газа. В реальных условиях силы, обусловленные этими эффектами, нельзя рассчитать с точностью, достаточной для введения количественных поправок. [49]
Истинная ситуация, как уже было отмечено в § 16, несравненно сложнее. Свойства плазмы резко меняются но сечению прибора, будь то система, через котирую пропускается импульсный разряд, будь то открытая или замкнутая магнитная ловушка. Параметры плазмы оказываются быстро меняющимися функ-циями времени. Далее, как мы знаем, в горячей плазме нередко появляется оторванная группа электронов; их энергия во много раз больше средней энергии основной массы электронов плазмы, для характеристики которых мы пытаемся вводить привычный параметр - электронную температуру. В ряде случаев оторванная группа сверхтепловых частиц присутствует и среди тяжелых частиц плазмы. Наконец, в горячей плазме легко возникают макроскопические потоки частиц с турбулентным течением. Скорость турбулентных потоков сравнима с тепловой скоростью тяжелых частиц. В результате возникает трудная экспериментальная задача разделения движении обоих типов и определения истинной температуры ионов. [50]
Итак, мы установили, что вращательная, колебательная, электронная и внутриядерная энергия молекул распределяется по всем доступным энергетическим уровням точно так же, как кинетическая энергия поступательного движения распределяется по всему объему системы, что наглядно видно, если выразить энергию через давление. Энергия обладает способностью распределяться между всеми доступными энергетическими состояниями таким образом, что равновесным оказывается состояние, достижимое наибольшим числом возможных способов. Способность системы достигать равновесия может быть описана ее способностью достигать наиболее вероятного распределения по энергии. Полная энергия вселенной при любых изменениях остается постоянной, но постепенно она все больше рассредоточивается; другими словами, энергия распределяется все шире по возможным квантовым состояниям и все менее может быть использована для выполнения полезной работы. В процессе такого распределения энергии она переходит из одних частей системы в другие. Это позволяет преобразовать потоки энергии в полезную работу. Но как только достигается наиболее вероятное состояние системы, всякие макроскопические потоки энергии прекращаются, и выполнение работы становится практически невозможным. [51]
VI, основаны на изучении диффузии. Исключение составляют методы, в которых используются данные вискозиметрии. Диффузией называют процесс спонтанного уменьшения градиентов концентраций в растворе, приводящий в конце концов к равномерному распределению молекул. Молекулы жидкости находятся в непрерывном броуновском движении, обусловленном их тепловой энергией. Поэтому подчеркнем, что термин диффузия применяется именно для описания макроскопического потока отдельных компонентов раствора под влиянием разности концентраций, а не для описания движения отдельных молекул в растворе, продолжающегося и после достижения макроскопической однородности. Знакомство с законами, которым подчиняется диффузия, совершенно необходимо для понимания процессов переноса веществ внутри клеток и через клеточные мембраны. [52]