dysypatywne struktury
 
Encyklopedia PWN
dysypatywne struktury,
termin wprowadzony 1968 przez I. Prigogine’a na określenie spontanicznego porządkowania się układów termodynamicznych dalekich od stanu równowagi, w celu odróżnienia od struktur występujących w równowadze termodynamicznej, np. kryształów.
S.d. mogą się pojawiać jedynie wtedy, gdy wraz z oddalaniem się układu od stanu równowagi, zależności między siłami (termodynamiczne bodźce) a przepływami termodynamicznymi (przepływy termodynamiczne) przestają być monotoniczne (kryterium stabilności termodynamicznej Prigogine’a i Glansdorffa), a więc są nieliniowe. Na określenie takich zjawisk jest także używany termin samoorganizacja w układach nierównowagowych.
W układach o jednorodnych rozkładach zmiennych termodynamicznych s.d. są oscylacje tych zmiennych w czasie. W układach niejednorodnych terminem „struktury dysypatywne” określa się zarówno regularne rozkłady czasowo-przestrzenne, jak i stacjonarne periodyczne rozkłady zmiennych termodynamicznych.
S.d. są od dawna dobrze znane w hydrodynamice: należą do nich m.in. efekt Benarda (1900) — tworzenie się komórek konwekcyjnych w kształcie regularnych sześciokątów w poziomej warstwie cieczy podgrzewanej od dołu, gdy zostaje przekroczona krytyczna wartość gradientu temperatury, i efekt Taylora (1923) — pojawianie się regularnie rozłożonych wirów w warstwie cieczy między dwoma obracającymi się cylindrami, po przekroczeniu krytycznej prędkości obracania się cylindrów. Później s.d. były zaobserwowane w tak pozornie różnych nieliniowych układach fiz., jak układy opt. (pulsujące lasery), półprzewodniki, plazma czy układy elektrochemiczne. Bardzo wiele takich strukur zaobserwowano w nieliniowych układach chem. i fizykochemicznych. Do czasowych s.d. należą homogeniczne oscylacje stężeń reagentów obserwowane w reaktorach przepływowych z intensywnym mieszaniem, odkryte w kilkudziesięciu różnych reakcjach chem. (reakcje oscylacyjne). Najlepiej znanym przykładem jest reakcja Biełousowa–Żabotyńskiego (reakcja BZ). Przykładami czasowo-przestrzennych s.d. obserwowanych w tej reakcji wtedy, gdy istotną rolę odgrywa dyfuzja, są rozkłady stężeń reagentów w postaci ciągów biegnących impulsów czy też fale w postaci rozkręcających się spiral (reakcje oscylacyjne — rys.). W innej reakcji oscylacyjnej, prowadzonej w otwartym reaktorze uniemożliwiającym swobodną konwekcję, zaobserwowano stacjonarne periodyczne w przestrzeni rozkłady stężeń reagentów. Obserwacje s.d. w znacznie prostszych aniżeli biol. układach stwarza nadzieję, że takie zjawiska biol., jak zegary biol., różnicowanie komórkowe, morfogeneza i in., których nie daje się wytłumaczyć na podstawie termodynamiki równowagowej, będą mogły znaleźć objaśnienie oparte na nieliniowej termodynamice procesów nieodwracalnych i w szczególności o s.d.
Bibliografia
A.L. Kawczyński Reakcje chemiczne, od równowagi przez struktury dyssypatywne do chaosu,Warszawa 1990;
M. Orlik Reakcje oscylacyjne. Porządek i chaos, Warszawa 1996;
G. Nicolis, I. Prigogine Self-Organisation in Nonequilibrium Systems, New York 1977.
zgłoś uwagę
Przeglądaj encyklopedię
Przeglądaj tabele i zestawienia
Przeglądaj ilustracje i multimedia