תרמודינמיקה לא בשיווי משקל

תרמודינמיקה לא בשיווי משקל (באנגלית: Non-equilibrium thermodynamics) היא ענף של תרמודינמיקה העוסק במערכות פיזיקליות שאינן בשיווי משקל תרמודינמי אך ניתן לתאר אותן במונחים של גדלים מאקרוסקופיים (משתני מצב לא בשיווי משקל) המייצגים אקסטרפולציה של המשתנים המשמשים לציון המערכת בשיווי משקל תרמודינמי. תרמודינמיקה לא בשיווי משקל עוסקת בתהליכי הובלה  ובקצבי התגובות הכימיות.

כמעט כל המערכות המצויות בטבע אינן בשיווי משקל תרמודינמי, שכן הן משתנות או ניתנות להפעלה כך שיתנו לאורך זמן, והן כפופות באופן רציף ובלתי רציף לשטף של חומר ואנרגיה אל ומן מערכות אחרות וכן עשויות לקיים תגובות כימיות. עם זאת, ניתן להחשיב מערכות ותהליכים רבים כבעלי שיווי-משקל מקומי, ובכך לאפשר תיאור שלהן על ידי תרמודינמיקה שאינה בשיווי משקל המוכרת כיום. אף על פי כן, חלק מהמערכות והתהליכים הטבעיים נותרים מעבר להיקף של שיטות תרמודינמיות שאינן בשיווי משקל בשל קיומה של דינמיקה לא וריאציונית, שבה אובד המושג של אנרגיה חופשית.

המחקר התרמודינמי של מערכות שאינן בשיווי משקל מצריך מושגים כלליים יותר מכפי שעוסקים בהם בתרמודינמיקה של שיווי משקל. הבדל מהותי אחד בין תרמודינמיקה בשיווי משקל לתרמודינמיקה לא בשיווי משקל טמון בהתנהגותן של מערכות לא-הומוגניות. כדי ללמוד על מערכות אלה נדרש ידע על קצבי תגובה שאינם נחשבים בתרמודינמיקה של שיווי משקל של מערכות הומוגניות. הבדל מהותי נוסף וחשוב מאוד הוא הקושי, בהגדרת המושג אנטרופיה ברגע מסוים בזמן במונחים מקרוסקופיים עבור מערכות שאינן בשיווי משקל תרמודינמי. עם זאת, ניתן לעשות זאת באופן מקומי, והאנטרופיה המקרוסקופית תינתן לאחר מכן על ידי האינטגרל של צפיפות האנטרופיה המוגדרת מקומית. נמצא שמערכות רבות מחוץ לשיווי משקל גלובלי עדיין מצייתות למושג שיווי משקל מקומי.

יישומים
תרמודינמיקה לא-בשיווי משקל יושמה בהצלחה כדי לתאר תהליכים ביולוגיים כגון קיפול חלבונים והובלה דרך ממברנות. הוא משמש גם כדי לתת תיאור של הדינמיקה של ננו-חלקיקים, שיכולים להיות מחוץ לשיווי משקל במערכות שבהן מעורבים קטליזה והמרה אלקטרוכימית. כמו כן, רעיונות מהתרמודינמיקה לא בשיווי משקל ומהתיאוריה האינפורמטית של האנטרופיה הותאמו לתיאור מערכות כלכליות כלליות.

ראו גם
 מערכת מורכבת
 ארגון עצמי
 היסטוריה של התרמודינמיקה

קישורים חיצוניים
 Nonequilibrium Thermodynamics of Small Systems - PhysicsToday.org

הערות שוליים

קטגוריה:תרמודינמיקה