حالت تعادل در ماشین ها

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
amir1386

عضویت : یک‌شنبه ۱۴۰۱/۱۰/۱۸ - ۱۰:۵۴


پست: 1



جنسیت:

حالت تعادل در ماشین ها

پست توسط amir1386 »

سلام طبق قواعد فیزیک آیا می‌توان ماشینی ساخت که حالت تعادل نداشته باشد؟

نمایه کاربر
rohamavation

نام: roham hesami radرهام حسامی راد

محل اقامت: فعلا تهران قیطریه بلوار کتابی 8 متری صبا City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 2469

سپاس: 4615

جنسیت:

تماس:

Re: حالت تعادل در ماشین ها

پست توسط rohamavation »

بهش میگن فیزیک غیر تعادلی ما داریم Non-equilibrium thermodynamics در علم، عدم تعادل به این معنی که برخی از سیستم ها از حالت پایدار ترمودینامیکی دورشدن. اگر این فشار ملایم باشه پاسخ سیستم اختلالی در فیزیک تعادل شناخته شده هست
پس یعنی مطالعه سیستم‌های فیزیکی است که با محیط اطراف خود در تعادل مکانیکی و حرارتی نیستند. در برخی موارد اینها سیستم هایی هستند که به طور خود به خود به تعادل نزدیک می شوند مانند آلیاژ فلزی مذاب که اجازه داده می شود سرد و جامد شود. در موارد دیگر آن‌ها سیستم‌هایی هستند که شکل یا ویژگی‌های خود را با اعمال نیرو بر روی آن‌ها اعمال گرما به آن‌ها یا اختلال در حالت‌های سکونشان تغییر میدن مثال‌ها عبارتند از سیال‌های جاری که توسط گرادیان‌های حرارتی یا فشار، تغییر شکل یا شکستن مواد جامد تحت تأثیر تنش‌های خارجی،
تقریباً تمام سیستم‌هایی که در طبیعت هستنددر تعادل ترمودینامیکی نیستندچون در حال تغییر یند یا می‌توانند در طول زمان تحریک بشن و به طور پیوسته و ناپیوسته در معرض جریان ماده و انرژی به و از سیستم‌های دیگر و واکنش‌های شیمیایی اند. با این حال، برخی از سیستم‌ها و فرآیندها به حدی نزدیک به تعادل ترمودینامیکی هستند که امکان توصیف با دقت مفید توسط ترمودینامیک غیرتعادلی در حال حاضر شناخته شده را فراهم می‌کنه. با این وجود، بسیاری از سیستم‌ها و فرآیندهای طبیعی به دلیل وجود دینامیک غیرتغییر، که در آن مفهوم انرژی آزاد از بین می‌رود، همیشه فراتر از محدوده روش‌های ترمودینامیکی غیرتعادلی باقی می‌مانند.رابطه مناسبی که متغیرهای حالت ترمودینامیکی غیرتعادلی را تعریف می کند . در مواردی که سیستم در حالت‌هایی قرار می‌گیرد که به اندازه کافی به تعادل ترمودینامیکی نزدیک هستند، متغیرهای حالت غیرتعادلی به گونه‌ای هستند که می‌توان آنها را به صورت محلی با دقت کافی با همان تکنیک‌هایی که برای اندازه‌گیری متغیرهای حالت ترمودینامیکی استفاده می‌شود، اندازه‌گیری کرد. مشتقات زمان و مکان، از جمله شار ماده و انرژی. به طور کلی، سیستم های ترمودینامیکی غیرتعادلی از نظر مکانی و زمانی غیر یکنواخت هستند، اما عدم یکنواختی آنها همچنان دارای درجه صافی کافی برای پشتیبانی از وجود مشتقات زمانی و مکانی مناسب متغیرهای حالت غیرتعادلی است.
به دلیل عدم یکنواختی فضایی، متغیرهای حالت غیرتعادلی که با متغیرهای حالت ترمودینامیکی گسترده مطابقت دارند باید به عنوان چگالی فضایی متغیرهای حالت تعادل گسترده متناظر تعریف شوند. در مواردی که سیستم به اندازه کافی به تعادل ترمودینامیکی نزدیک است، متغیرهای حالت غیرتعادلی فشرده، به عنوان مثال دما و فشار، با متغیرهای حالت تعادل مطابقت نزدیکی دارند. لازم است که کاوشگرهای اندازه گیری به اندازه کافی کوچک باشند و به اندازه کافی سریع پاسخ دهند تا عدم یکنواختی مربوطه را به دست آورند. علاوه بر این، متغیرهای حالت غیرتعادلی باید از نظر عملکردی ریاضی با یکدیگر مرتبط باشند، به نحوی که به طور مناسبی شبیه روابط متناظر بین متغیرهای حالت ترمودینامیکی تعادل باشد در واقع، این الزامات بسیار سخت است و ممکن است برآورده کردن آنها از نظر عملی یا حتی تئوری غیرممکن باشد. این بخشی از این است که چرا ترمودینامیک غیرتعادلی در حال انجام است.
نمونه‌هایی از سیستم‌های حالت پایدار غیرتعادلی شامل یک جسم در تماس با دو منبع حرارتی در دماهای مختلف است که جریان برای آن یک شار حرارتی است. مقاومتی که جریان الکتریکی از آن عبور می کند..سیستم های غیر تعادلی چیست؟
واکنش های برگشت ناپذیر و غیرتعادلی با تغییر منفی در آنتالپی و تغییر مثبت در آنتروپی مشخص میشن. یعنی تشکیل این محصولات باعث آزاد شدن گرما (گرماداز) و افزایش بی نظمی سیستم (آنتروپی) میشه. ببین وقتی دو سیستم در تعادل هستند یعنی هیچ جریانی از یک سیستم به سیستم دیگر در طول تماس حرارتی آنها وجود ندارد، هر دو سیستم یکسان هستند؟
پس چگونه می توان دما را در سیستم های غیر تعادلی و غیر ترمودینامیکی تعریف کرد؟
قانون صفر ترمودینامیک میدونی اگه دو جسم، هر یک به تنهایی با جسم سومی در تعادل گرمایی باشند نتیجه می‌شود که خود با یکدیگر در تعادل گرماییند
هنگامی که دو سیستم با یکدیگر در تماس هستند و هیچ جریان انرژی بین آنها برقرار نمی شود، به آن دو سیستم با یکدیگر در تعادل حرارتی می گویند. به عبارت ساده، تعادل حرارتی به این معنی است که دو سیستم در یک دما هستند.چگونه می توان دما را در سیستم های غیر تعادلی و غیر ترمودینامیکی تعریف کرد؟دما در حالت غیر تعادلی چگونه تعریف می شود؟به عنوان مثال - اگر یک سیستم دارای حالت های انتقالی، چرخشی، ارتعاشی و الکترونیکی باشد که همه برانگیخته شده باشند اما در حالت تعادل نباشند، ممکن است 4 دما وجود داشته باشد. یکی برای انتقال، یکی برای چرخش، یکی برای ارتعاش و دیگری برای بار. هنگامی که سیستم به تعادل می رسد (از طریق برخورد مولکول ها)، 4 دما به یکدیگر نزدیک می شوند و در نهایت همه به یک مقدار تعادل می رسند. با فرض اینکه سیستم به تعادل برسد.
پی چگونه پویایی و عدم تعادل را درک کنیم؟
من و شما قوانین زیادی برای توصیف حرکت ذرات یاد گرفته ایم مثل قانون دوم نیوتن.
$F = m \ddot x$
فرآیند دینامیک = فرآیند غیرتعادلی؟
به نظر می رسد مفهوم غیرتعادل فقط در زمینه مکانیک آماری ظاهر میشنب بین یک سیستم مکانیکی در یک زمان مشخص، به صورت ریاضی در مکانیک کلاسیک توسط نقطه فاز و در مکانیک کوانتومی توسط بردارهای حالت نشان داده میشه. همچنین معادله حرکت یا به طور جامع‌تر معادله‌ای که وضعیت سیستم را مشخص می‌کند، در مکانیک کلاسیک توسط معادلات هامیلتونی و در مکانیک کوانتومی با معادله شرودینگر وابسته به زمان مشخص میشه تو .مکانیک آماری یک گروه بزرگ آماری موسوم به «آنسامبل» (ensemble) را معرفی کرده و با رویکردی‌های آماری تمامی حالت‌های مختلف سیستم را بررسی می‌کنه.انسامبل را می‌توان یک توزیع احتمال از تمامی حالات مختلف سیستم در نظر گرفت
روابط بین عدم تعادل حرارتی و عدم تعادل مکانیکی؟
که در آن ما همیشه معتقدیم ذرات کوانتومی به دلیل اصل عدم قطعیت همیشه در عدم تعادل مکانیکی زندگی می کنند.بنابراین اولین سوال من این است: دینامیک = عدم تعادل؟
دینامیک به تکامل زمانی یک سیستم تحت تأثیر میدان یا نیرو اشاره دارد. با فرض اینکه شما به یک نظریه فیزیکی درست مجهز شده اید (چه احتمالی باشد یا قطعی)، تضمین نمی شود که بتوانید یک پیش بینی معنادار ایجاد کنید. اغلب اوقات، سیستم‌ها بسیار پیچیده هستند و می‌توان ثابت کرد که دینامیک را نمی‌توان به صورت یک معادله تحلیلی بیان کرد (یعنی باید از رایانه برای پیش‌بینی استفاده کنید). در برخی موارد، حتی یک راه حل تحلیلی هم برای شما مفید نیست: در برخی از سیستم ها، برای انجام پیش بینی های معنادار، باید شرایط اولیه سیستم را با دقت بسیار زیاد (شاید غیرممکن!) دانست
اما اگر سیستم در تعادل نباشد، این مقادیر ماکروسکوپی به ندرت تعریف می شوند. در چنین مواردی می گوییم که یک سیستم یک سیستم غیرتعادلی است. نمونه‌هایی از سیستم‌های غیرتعادلی عبارتند از: گازی که به خلأ منبسط می‌شود (فکر کنید فضانوردی دریچه هوا را باز می‌کند) یا یک انسان زنده (شما فقط زمانی که مرده‌اید با محیط خود در تعادل هستید).
آیا می‌توانیم معادله حرکتی شبیه نیوتن یا شرودینگر برای سیستمی متشکل از ذرات متعدد بسازیم؟
در حال حاضر هیچ نظریه کلی در مورد چگونگی تکامل سیستم های غیر تعادلی وجود ندارد، اما چندین تقریب مفید وجود دارد. از اهمیت اولیه قضیه نوسان-استهلاک است که نحوه واکنش یک سیستم نزدیک به تعادل را به نوسانات کوچک/نیروهای اعمال شده نشان می دهد. از دیگر پیشرفت های بزرگ می توان به برابری یارزینسکی و قضیه نوسانات کروک اشاره کرد.
و سوال آخر من به دلیل انواع زیادی از همبستگی یا تعامل بین ذرات است، سیستم فیزیکی ماکروسکوپی که توسط ذرات زیادی تشکیل شده است، هرگز نمی تواند در آرامش بماند، یعنی آنها برای همیشه پویا خواهند بود؟
من فرض می کنم منظور شما از سیستم پویا سیستمی است که اجزای آن همیشه نسبت به یکدیگر در حال حرکت هستند. یک سیستم متشکل از ذرات بسیار می تواند به حالت استراحت درآید ("آرامش"). با توجه به شرایط اولیه مشخص، می توان تصور کرد که تعداد زیادی ذره تحت نیروی گرانش به هم می ریزند و یک تجمع کم تحرک را تشکیل می دهند.
حالت های ترمودینامیکی تعادلی و غیرتعادلی؟
من دو حالت زیر را دارم. من آنها را به عنوان تعادلی و غیرتعادلی طبقه بندی کرده ام و مطمئن نیستم که آیا این دسته بندی درستی است یا خیر، مشکل من این است که باید بدانم چه پارامترهایی را برای طبقه بندی آنها هر پیشنهادی بررسی کنم.
الف- سیستم یک سلول دانیل روی مدار باز است. این حالت غیرتعادلی است، زیرا اختلاف پتانسیل در انتهای سلول بیشتر از اختلاف پتانسیل بخش دیگر این سیستم است.در این سلول از یک الکترود روی و محلول روی سولفات به عنوان قطب منفی و از یک الکترود مسی و محلول مس(II) سولفات به عنوان قطب مثبت پیل استفاده شده است
ب- سیستم کره ای است که در حال سقوط از یک مایع چسبناک است و به سرعت حرارتی خود رسیده است. این تعادل است - همانطور که در این حالت نیروی چسبناک (نیروی کشش) برابر با نیروی گرانشی است.
تعادل ترمودینامیکی
سیستم A تا زمانی که مدار باز باشد یک حالت تعادل ترمودینامیکی است. مدار باز محدودیتی است که سیستم را در تعادل ترمودینامیکی حفظ می کند. این سیستم مشابه دو محفظه گاز در فشارهای مختلف است که توسط یک مانع صلب از هم جدا شده اند. تا زمانی که مانع (محدودیت) در جای خود باشد، هر محفظه در تعادل ترمودینامیکی است. با این حال، هنگامی که مانع برداشته شد، سیستم دیگر در تعادل ترمودینامیکی نیست و تغییر خود به خودی رخ می دهد.
سیستم B در تعادل مکانیکی است (نیروها متعادل هستند)، اما در تعادل ترمودینامیکی نیست. اتلاف ویسکوز انرژی مکانیکی در مایع رخ می دهد و دمای آن در مجاورت کره در حال افزایش است، زیرا کره برای مواجهه با سیال جدید پیش می رود. همچنین، از چارچوب مرجع ناظری که با کره حرکت می کند (به طوری که سیال به نظر می رسد در حال جریان است)، سیستم سیال و کره در حالت ثابت است.
تصویر

ارسال پست