Файл: Твердохлебов В.А. Дифференциация вещества в планетарных условиях.pdf

стем. условия равновесия фаз и веществ представляют собой линию, в то время как условиям стабильности удовлетворяет множество точек с координатами р и Г, которые образуют п о л е с т а б и л ь н о с т и . В пространственных координатах линия динамического равновесия соответственно превращает­ ся в поверхность, результирующий поток массы через ко­ торую равен нулю. Поле стабильности в трехмерном прост­ ранстве представляет собой объем, в пределах которого про­ исходит увеличение массы системы.

При переходе от геометрического изображения состояний открытой системы к их аналитическому выражению отмеча­

в описании систем и физическая реальность требуют, таким образом, чтобы состояния открытых систем описывались не­ равенствами в том случае, когда требуется отразить необхо­ димость осуществления какого-либо процесса, направленного в сторону достижения равновесия, в частности, процесса уве­ личения массы системы. Условия концентрации некоторого вещества в физических полях Земли должны быть выраже­ ны, следовательно, в форме н е р а в е н с т в а .

3. ВЫВОД ФОРМУЛЫ УСЛОВИЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ВЕЩЕСТВА

Рассмотрим уравнение (8) для результирующего потока массы:

тяжести. При условии равновесного литостатического давле­

£-п, L12 — феноменологические (характеристические) коэф­ фициенты взаимодействия поля температур и поля силы тя­ жести, выраженного через поток массы.

Знак (—), стоящий перед выражением Li2X2, означает, что вызываемые разностями потенциалов потоки массы на­ правлены противоположно.

В условиях динамического равновесия результирующий поток массы через поверхность, ограничивающую исследуе­ мую область, равен нулю:'

1т = 2 demy = О

V

и, следовательно, Li\Xl = Ll2X2. Запишем это же соотношение, введя обобщенный характеристический коэффициент взаимо­ действия {3:

Q ^-П ^2

В силу потенциальности описываемых полей обобщенный

Знак (—) в выражении напряженности барического поля опущен, поскольку коэффициент р не может иметь отрица­ тельных значений.

Дальнейшая задача заключается в определении физи­ ческого _ значения обобщенного коэффициента р. Как уже отмечалось, теория необратимых процессов не раскрывает физической характеристики этой величины — она устанавли­ вается путем привлечения сведений из дополнительных источ­ ников.

Можно было бы предположить, что таким коэффициен­ том является величина энтропии S. Однако условие увеличе­ ния энтропии, как было отмечено выше, одинаково справед­ ливо и для увеличивающейся и для уменьшающейся массы системы и является при решении поставленной задачи необ­ ходимым, но недостаточным критерием. Кроме того, энтропия является расчетной термодинамической функцией, применять которую при условии неизвестности химического состава ве­ щества было бы затруднительно. Коэффициент р\ очевидно, должен отражать особенности процессов концентрации и

V(dT;dz)

сусловием равновесия частицы в тепловом и гравитацион­

Сопоставление показывает, что искомой характеристикой обобщенного феноменологического коэффициента взаимо­ действия теплового и гравитационного полей в процессе массопереноса является удельная темплоемкость вещества Ср. Перенесем эту величину в уравнении (11) влево от знака ра­ венства, а величину температурного градиента — вправо:

мое условие динамического равновесия вещества і в макроси­ стеме.

параметром вещества, отражающим в специфичной форме индивидуальную структуру последнегд.

Далее необходимо различить условия концентрации и рас­ сеяния вещества.

В работе В. Ф. Леоновой (1968) приведено следующее определение условия динамического равновесия систем, нахо­

можность взаимодействия, возможность возникновения про­ цессов в системе» (с. 22).

Рассмотрим с позиции этого определения полученную фор­ мулу (15). Величины гравитационного и теплового воздей­ ствий среды на систему, стоящие в формуле (15) справа от знака равенства, есть факторы внешнего воздействия. Их от­ ношение есть мера внешнего воздействия среды на систему.

Слева от знака равенства находится величина удельной теплоемкости. Последняя является внутренним свойством системы, свойством составляющего ее вещества поглощать внешнюю энергию. Можно полагать, что именно теплоем­ кость С является фактором «внутреннего противодействия» системы, подвергающейся внешнему воздействию.

Исходя из общефизического опыта, можно утверждать, что система находится в стабильном состоянии до тех пор, пока мера ее внутреннего противодействия больше меры внешнего воздействия. Так, например, механическая система не разру­ шается до тех пор, пока ее сопротивление на разрыв больше, чем приложенное извне напряжение. Здесь сопротивление на разрыв есть мера внутреннего противодействия системы, а приложенное извне напряжение есть мера внешнего воздей­ ствия. Физическая система стабильна до тех пор, пока внеш­ нее энергетическое воздействие не превысит энергии связи системы. Энергия связи в физических системах является ме­

но в свою очередь условию концентрации данного вещества.

Полагая состояние динамического равновесия частным случаем концентрации вещества, при котором масса системы остается неизменной, объединим формулы (15) и ,(16) водно общее условие концентрации вещества в системе, находящей­ ся под воздействием поля силы тяжести и поля температур: