Физическая энциклопедия

ОТКРЫТАЯ СИСТЕМА

- термодинамич. импульсом. Кнаиб. важному типу О. с. относятся хим. системы, в к-рых непрерывно протекаютхим. реакции (извне поступают реагирующие вещества и отводятся продуктыреакций). Биол. системы (живые организмы) можно также рассматривать какоткрытые хим. системы. Такой подход позволяет исследовать процессы их жизнедеятельностии развития на основетермодинамики неравновесных процессов,физ. Свойства О. с. описываются наиб. простовблизи состояния термодинамич. равновесия. Если отклонение О. с. от термодинамич. неравновесное состояние можно охарактеризовать темиже параметрами, что и равновесное: темп-рой, хим. потенциалами компонентовсистемы и др. (но не с постоянными для всей системы значениями, а с зависящимиот координат и времени). Степень неупорядоченности таких О. с., как и системв равновесном состоянии, характеризуетсяэнтропией.Энтропия О. Локальное термодинамическоеравновесие).
Отклонения термодинамич. параметров отих равновесных значений (термодинамич. силы) вызывают в системе потокиэнергии вещества (см.Переноса явления).Процессы переноса приводятк росту энтропии системы (производству энтропии).
Согласновторому началу термодинамики,взамкнутой изолиров.системе энтропия, возрастая, стремится к своему равновесномумакс. значению, а произ-во энтропии - к нулю. В отличие от замкнутой системы, Пригожина теорема). Стационарное неравновесноесостояние играет в термодинамике О. с. такую же роль, какую играет термодинамич. Наиб. интересные свойства О. с. выявляютсяпри нелинейных процессах, когда в О. с. возможно осуществление термодинамическиустойчивых неравновесных (в частном случае стационарных) состояний, далёкихот состояния термодинамич. равновесия и характеризующихся определённойпространственной или временной упорядоченностью (структурой), к-рую наз. диссипативных структур исследуют на основе ур-ний хим. обратнаясвязь: ускорение реакции под воздействием либо её продукта (хим. автокатализ),либо теплоты, выделяющейся при реакции. Подобно тому как в колебат. контурес положит. обратной связью возникают устойчивые саморегулирующиеся незатухающиеколебания (автоколебания),в хим. О. с. с положит. обратной связьювозникают незатухающие саморегулирующиеся хим. реакции. Автокаталитич. автоволны). Теория О. с. представляетособый интерес для понимания физ.-хим. процессов, лежащих в основе жизни, Примером О. с. может служить система счетырьмя сортами молекул А, В, С, X, между к-рыми возможны две хим. реакциипо схемам

где стрелками обозначают прямую и обратнуюреакции,k1,k2,k'1,k'2- константы скоростей прямой и обратной реакций. Концентрацииа, b,смолекул А, В, С и константы скоростей реакций поддерживаются постояннымиза счёт подвода и отвода вещества и тепла, что характерно для О. с. Напрактике, если кол-во веществ А, В, С велико по сравнению с кол-вом веществX, то их концентрации можно считать постоянными.
Концентрацияпвеществ X можетзависеть от времениt засчёт протекания хим. реакций. Из двух ур-нийбаланса веществ в реакциях (с учётомдействующих масс закона)следует,

Из ур-ния (1) вытекает, что при = 0 иk1а=k2bвеличина.прилюбом нач. условии с ростомtстремится к нулю как , гдеп0-нач. значение концентрациип.В этомже случае приk1a < k2bв пределе.такжестремится к нулю, но экспоненциально, а приk1a>k2bвеличинапстремится к постоянному предельному значению, зависящему от соотношениякоэф. в (1):Наличие неск. предельных стационарных состояний является характерным свойствомО. с., связанным с тем, что они описываются нелинейными дифференц. ур-ниями. п при =0 с коэф., зависящими от коэф. усиления и затухания вследствие потерь влазере.
Учёт явленийдиффузиив ур-нияхбаланса хим. реакций приводит к дополнит. членамDд2n/дx2(D -коэф. диффузии,х -пространственная координата), откудаследует, что в стационарных состояниях таких О. с. концентрациип(х)пространственнонеоднородны, кроме того, при определ. условиях в них могут существоватьобласти, гдеп(х)испытывает пространств. осцилляции (диссииативныеструктуры).
Др. примером О. с. является экологич. п1и "хищников"n2):

где ,характеризуют скорости возрастания популяций "жертв" при отсутствии "хищников"и убывания "хищников" при отсутствии "жертв". Коэф.характеризуют скорости гибели "жертв" из-за наличия "хищников" и возрастания"хищников" из-за наличия "жертв". Коэф. считаются постоянными, это означает, пг=п2= 0 и Относительные числа "жертв" и "хищников"и = n1/nls,v= n2/n2sудовлетворяют уравнению

к-рое имеет решение

Ур-ния (2) имеют периодич. решения, к-рымсоответствуют предельные циклы, изображённые на фазовой плоскости (рис.).Эти решения описывают периодич. колебания числа "жертв" и "хищников". Возможностьтаких незатухающих нелинейных колебаний является важным свойством О. с.
Гидродинамич. системы в турбулентном состоянииявляются также примером О. с. В них возможны стационарные состояния с сильнымифлуктуациями из-за баланса импульса с учётом его переноса, вызванного неоднородностямифлуктуации скоростей, и баланса флуктуации скоростей с учётом их релаксациии диффузии.
Открытый характер системы связан с тем, Теория О. с. - одно из направлений общейтеории систем, к к-рым относятся, напр., рассматриваемые в кибернетикесистемы переработки информации, транспортные узлы, системы энергоснабженияи др. Подобные системы, хотя и не являются термодинамическими, описываютсясистемой ур-ний баланса, в общем случае нелинейных и сходных с аналогичнымиур-ниями для физ.-хим. и биол. О. с. Для всех подобных систем существуютобщие проблемы регулирования и оптим. функционирования.

Лит.:Зубарев Д. Н., Неравновеснаястатистическая термодинамика, М., 1971; Гленсдорф П., Пригожин И., Термодинамическаятеория структуры, устойчивости и флуктуации, пер. с англ., М., 1973; ВолькенштейнМ. В., Биология и физика, "УФН", 1973, т. 109, с. 499; Пригожин И., НиколисЖ., Биологический порядок. Структура и неустойчивости, пер. с англ., тамже, с. 517; Эйген М., Самоорганизация материи и эволюция биологическихмакромолекул, пер. с англ., М., 1973; Марри Д ж.. Нелинейные дифференциальныеуравнения в биологии. Лекции о моделях, пер. с англ., М., 1983; Хакен Г.,Синергетика. Иерархии неустойчнвостей в самоорганизующихся системах и устройствах,Д. Н. Зубарев.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1988.


  1. открытая система—. в биологии организм не подчиняющийся стандартным термодинамическим законам сохранения энергии энтропии и т.п. но способный к росту развитию принятию новых влияний . в ...Большая энциклопедия по психиатрии
  2. открытая система—open circuit...Большой русско-английский словарь биологических терминов
  3. открытая система—система края обменивается с внеш. средой ввом. К О. с. принадлежат напр. все живые организмы и хим. системы с непрерывно протекающими хим. процессами....Большой энциклопедический политехнический словарь
  4. открытая система—определенный вид систем или сред которые обмениваются веществом энергией иили информацией с окружающей средой т. е. имеют источники и стоки....Глоссарий философских терминов ИФ им.Киренского РАН
  5. открытая система—Любая система которая обладает гибкостью и может регулироваться и изменяться. . В биологии открытая система та которая характеризуется как не подчиняющаяся стандартным ...Оксфордский толковый словарь по психологии
  6. открытая система—Любая система которая обладает гибкостью и может регулироваться и изменяться. . В биологии открытая система та которая характеризуется как не подчиняющаяся стандартным ...Оксфордский толковый словарь по психологии
  7. открытая система—systme ouvert...Политехнический русско-французский словарь
  8. открытая система—open system openended system...Русско-английский политехнический словарь
  9. открытая система—open system...Русско-английский психологический словарь
  10. открытая система—open system...Русско-английский словарь по физике
  11. открытая система—open system...Русско-английский словарь по электронике
  12. открытая система—sistema aperto...Русско-итальянский медицинский словарь
  13. открытая система—sistema aperto...Русско-итальянский политехнический словарь
  14. открытая система—ашы жйе...Русско-казахский терминологический словарь «Биология»
  15. открытая система—ашы жйе...Русско-казахский терминологический словарь «Водное хозяйство»
  16. открытая система—offenes System...Русско-немецкий экономический словарь
  17. открытая система—вдкрита система...Русско-украинский политехнический словарь
  18. открытая система—systme ouvert...Русско-французский словарь по химии
  19. открытая система—oteven soustava oteven systm...Русско-чешский словарь
  20. открытая система—система не имеющая жестких закрытых границ и следовательно способная обмениваться информацией представлениями ресурсами и энергией со своим окружением что позволяет присп...Словарь справочник по социальной работе
  21. открытая система—. Представление в рамках эталонной модели тех аспектов реальной открытой системы которые относятся к ВОС Употребляется в документе ГОСТ Системы обработки информации. Вза...Телекоммуникационный словарь
  22. открытая система—система разработчики которой делают общедоступными все необходимые стандарты разработанной системы. Это позволяет другому производителю создать подобную систему улучшить ...Толковый словарь терминов понятийного аппарата информатизации образования
  23. открытая система—Открытая система Открытая система вычислительная среда состоящая из аппаратных и программных продуктов и технологий разработанных в соответствии с общедоступными и общеп...Финансовый словарь
  24. открытая система—термодинамич. система способная обмениваться с окружающей средой ввом и энергией. Такой обмен может сопровождаться также изменением объема системы. В рамках статистич. те...Химическая энциклопедия