Диссипативная среда

ДИССИПАТИВНАЯ СРЕДА, распределённая физическая система, в которой энергия упорядоченных (макроскопических) движений или полей необратимым образом переходит в энергию неупорядоченных (хаотических) движений или полей. Диссипативные  среды называют также поглощающей средой или средой с потерями. Консервативная среда (среда без потерь) является идеализацией диссипативных сред  со слабой диссипацией. Диссипация энергии в диссипативных средах - следствие общего закона возрастания энтропии, согласно которому любая замкнутая система стремится перейти в состояние термодинамического равновесия, в котором макроскопические движения исчезают. Поэтому фактически диссипативны все реальные среды.

Диссипация энергии в диссипативных средах обычно обусловлена большим числом индивидуальных актов столкновений частиц среды, находящихся в хаотическом движении. Например, столкновения молекул в газах приводят к необратимым процессам внутреннего трения (вязкости) и теплопроводности, с которыми обычно связывается диссипация механической энергии. В то же время существуют диссипативные среды, в которых главную роль играют коллективные (и в этом смысле бесстолкновительные) механизмы диссипации энергии, такие как взаимодействие волн различной природы с вихревой или волновой турбулентностью, Ландау затухание.

При феноменологическом описании необратимых процессов, приводящих к потере энергии диссипативных сред, обычно вводят характеризующие их параметры; коэффициенты сдвиговой, объёмной, динамической и турбулентной вязкости, коэффициент теплопроводности, электрическую проводимость среды и др. В линейных диссипативных средах часто используют спектральное представление полей (движений), которому соответствуют комплексные параметры диссипативной среды.

Особую роль в природных и в искусственно созданных (экспериментальные и технические установки) условиях играют неравновесные диссипативные среды - среды, поглощение энергии в которых может компенсироваться поступлением её извне через внешние поля и потоки (массы, заряда и т.п.). В неравновесных диссипативных средах возможны неустойчивые движения, приводящие к установлению автоколебаний, то есть таких самосогласованных движений, при которых поступление энергии от внешнего источника компенсируется диссипативными потерями. Например, в турбулентных течениях энергия потока передаётся сначала крупным вихрям, а затем, в результате нелинейных взаимодействий, - вихрям всё более и более мелкомасштабным. Так продолжается до тех пор, пока не станет существенной вязкость, которая сглаживает градиенты скорости, преобразуя энергию вихрей в теплоту. В неравновесных диссипативных средах возможно также образование диссипативных структур.

Лит.: Исакович М. А. Общая акустика. М., 1973; Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Электродинамика сплошных сред. 2-е изд. М., 1982; они же. Гидродинамика. 3-е изд. М., 1986; они же. Статистическая физика. 4-е изд. М., 1995.

В. П. Реутов.

Связанные статьи