химический каталог




РЕЛАКСАЦИЯ

Автор Химическая энциклопедия г.р. Н.С.Зефиров

РЕЛАКСАЦИЯ (от латинского relaxatio-ослабление), процесс установления в системе термодинамического равновесия. Состояние макроскопич. системы определяется многие параметрами, и процессы достижения равновесия по разным параметрам могут протекать с различные скоростями. Выделяют период линейной РЕЛАКСАЦИЯ, когда некоторый параметр состояния xi лишь незначительно отличается от своего равновесного значения. В этот период скорость изменения параметра dxi/dt пропорциональна величине отклонения хi от:


где тi-время РЕЛАКСАЦИЯ Отсюда следует, что в момент времени t отклонениеехр (—t/тi). За время тi малое отклонение параметра хi от равновесного значения уменьшается в е раз. Величины vi = 1/тi, обратные временам РЕЛАКСАЦИЯ, называют частотами РЕЛАКСАЦИЯ

Времена РЕЛАКСАЦИЯ определяются свойствами системы и типом рассматриваемого процесса. В реальных системах они могут варьировать от ничтожно малых величин до значений порядка возраста Вселенной. Система может достигнуть равновесия по одним параметрам и остаться неравновесной по другим (частичное равновесие). Все процессы РЕЛАКСАЦИЯ являются неравновесными и необратимыми и сопровождаются диссипацией энергии, т.е. в системе производится энтропия (см. Термодинамика необратимых процессов).

В газах РЕЛАКСАЦИЯ обусловлена обменом энергией и количеством движения при столкновениях частиц, а время РЕЛАКСАЦИЯ определяется временем свободный пробега (среднее время между двумя последоват. столкновениями молекул) и эффективностью обмена энергией между всеми степенями свободы сталкивающихся частиц. В одноатомных газах выделяют этап быстрой РЕЛАКСАЦИЯ, когда за короткий период времени порядка времени столкновения молекул начальное (сильно неравновесное) состояние хаотизируется настолько, что для его описания достаточно знать, как изменяется во времени распределение по координатам и импульсам всего одной частицы (так называемой одночастичная функция распределения). На втором этапе РЕЛАКСАЦИЯ за время порядка времени свободный пробега в результате всего несколько столкновений в макроскопически малых объемах, движущихся со средней скоростью переноса массы (массовая скорость), устанавливается локальное термодинамическое равновесие. Оно характеризуется параметрами состояния (температурой, химический потенциалом и др.), которые зависят от пространств. координат и времени и медленно стремятся к равновесным значениям в результате большого числа столкновений (процессы теплопроводности, диффузии, вязкости и т.п.). Время РЕЛАКСАЦИЯ зависит от размера системы и велико в сравнении со средним временем свободный пробега.

В многоатомных газах (с внутр. степенями свободы) может быть затруднен обмен энергией между поступат. и внутр. степенями свободы (вращательное, колебательное) и возникает РЕЛАКСАЦИЯ, связанная с этим явлением. Быстрее всего устанавливается равновесие по поступат. степеням свободы, которое характеризуется соответствующей температурой. Равновесие между поступат. и вращательное степенями свободы устанавливается значительно медленнее. Возбуждение колебательное степеней свободы возможно лишь при высоких температурах. Поэтому в многоатомных газах возможны многоступенчатые процессы РЕЛАКСАЦИЯ (см. Неравновесная химическая кинетика). Если газ состоит из компонентов с сильно различающимися по массам молекулами, замедляется обмен энергий между компонентами, вследствие чего возможны состояния с различные температурами компонент. Например, в плазме различаются ионные и электронные температуры и происходят медленные процессы их РЕЛАКСАЦИЯ (см. Плазмохимия).

В жидкостях РЕЛАКСАЦИЯ описывают с помощью пространственно-временных корреляц. функций, характеризующих затухание во времени и пространстве взаимного влияния молекул (корреляций). Эти корреляции являются причиной необратимых процессов-теплопроводности и вязкости (см. Жидкость). Время РЕЛАКСАЦИЯ к полному термодинамическое равновесию можно оценить с помощью кинетическая коэффициентов. Например, в бинарном растворе время РЕЛАКСАЦИЯ концентрации т ! L2/D, где L-размер системы, D-коэффициент диффузии; время РЕЛАКСАЦИЯ температуры т ! L2/x, где х-коэффициент температуропроводности, и т.д. (подробнее см. Макрокинетика).

В твердых телах РЕЛАКСАЦИЯ описывают как РЕЛАКСАЦИЯ в газе некоторых квазичастиц. Например, в кристаллич. решетке при низких температурах упругие колебания трактуют как газ фононов (акустическая РЕЛАКСАЦИЯ). В системе спиновых магн. моментов ферромагнетика квазичастицами являются магноны (магнитная РЕЛАКСАЦИЯ).

При фазовых переходах РЕЛАКСАЦИЯ может иметь сложный характер. Если переход из неравновесного состояния в равновесное является переходом 1-го рода, система может перейти сначала в метастабильное состояние и затем релаксировать чрезвычайно медленно (см. Стеклообразное состояние). Особенно сложны релаксац. переходы в полимерах, где существует набор (спектр) релаксац. явлений, каждое из которых обусловлено своим механизмом. В окрестности точки фазового перехода 2-го рода степень упорядоченности фаз характеризуется параметром порядка, который стремится к нулю, а его время РЕЛАКСАЦИЯ сильно увеличивается. Еще сложнее характер РЕЛАКСАЦИЯ из состояний, очень далеких от термодинамическое равновесия. В открытых системах при этом возможны явления самоорганизации.

Измерения времен РЕЛАКСАЦИЯ используют в химический кинетике дли изучения процессов, в которых быстро устанавливается равновесие (см. Релаксационные методы). Механическая РЕЛАКСАЦИЯ проявляется в уменьшении во времени напряжения, создавшего в теле деформацию. Механическая РЕЛАКСАЦИЯ связана с вязкоупру-гостью, она приводит к ползучести, гистерезисным явлениям при деформировании (см. Реология). Применительно к биологическое системам термин "Р." иногда используют для характеристики времени жизни системы, которая к моменту физиологической смерти приходит в состояние частичного равновесия (квазиравновесия) с окружающей средой. В природные системах времена РЕЛАКСАЦИЯ разделены, сильными неравенствами; расположение их в порядке возрастания или убывания позволяет рассматривать систему как последовательность иерархич. уровней с различные степенью упорядоченности структуры (см. Термодинамика иерархических систем).

Литература: Зубарев Д. Н., Неравновесная статистическая термодинамика, М., 1971; Лифшиц Е. М., Питаевский Л. П., Физическая кинетика, в кн.: Теоретическая физика, т. 10, М., 1979; Гладышев Г. П., Термодинамика и макрокинетика природных иерархических процессов, М., 1988; Денисов Е. Т., Кинетика гомогенных химических реакций, 2 изд., М., 1988.

Химическая энциклопедия. Том 4 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
настольный теннис купить
указатель дома с подсветкой
ромео и джульета москва октябрь 2017
кресло chairman ego

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(22.09.2017)