Мерзляков Владимир Павлович
Ведущий научный сотрудник лаборатории Геокриологии им. Г.З. Перльштейна, к.т.н.
Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН (ИГЭ РАН)
cryo2@yandex.ru
Скачать статью
Совместное
рассмотрение принципа Ле-Шателье – Брауна, теории линейных необратимых
процессов и теории диссипативных структур охватывает весь диапазон возможных
состояний термодинамических систем. Принцип Ле-Шателье – Брауна выполняется при
малом отклонении от равновесия (обобщенные силы равны нулю). В
линейно-необратимых процессах обобщенные силы остаются достаточно слабыми. В
противоположность этому диссипативные
структуры возникают и поддерживаются благодаря обмену энергией и веществом
с внешней средой в условиях, далёких от равновесия. В настоящей работе
излагаются некоторые положения современной термодинамики с целью дальнейшего
анализа известных явлений и предотвращения неправильного толкования и
применения теории. Основные положения этой теории были разработаны
применительно к химии. Однако они имеют более широкое значение и могут
применяться в других разделах науки, в частности, в гидроаэродинамике и
теплофизике. Ниже приводится доказательство принципа Ле Шателье – Брауна в
редакции автора. Даются краткие сведения о ламинарных (линейно неравновесных) и
турбулентных (нелинейно неравновесных) потоках. Анализируется «хрестоматийный»
пример диссипативных структур: ячейки Рэлея – Бенара. Обсуждается возможность
использования термина «диссипативная структура» по отношению к грунтовым
основаниям фундаментов (механика грунтов). Особое место занимает эксперимент
Боттомли по прохождению проволочки с
грузом через лёд. Выводы из этого эксперимента имеют большое значение для
механики мёрзлых грунтов. В статье показано, как распределяется энергия
(тепловая и механическая) в каждом из рассмотренных примеров.
DOI: 10.58339/2949-0677-2025-8-2-38-52
УДК: 536.7, 532.5, 624.131, 544.3
Финансирование: Нет информации
Ссылка для цитирования: Мерзляков В.П. От принципа Ле Шателье – Брауна к диссипативным структурам // Геоинфо. 2026. Т. 8. № 2. С. 38–52. DOI:10.58339/2949-0677-2026-8-2-38-52
Ключевые слова: принцип Ле-Шателье – Брауна; теория линейных необратимых процессов; теория диссипативных структур; эксперимент Боттомли; грунтовые основания
Список литературы
- Базаров И.П. Термодинамика. М.: «Высшая школа»,
1991. – 376 с.
- Брушков А.В., Мерзляков В.П., Власов А.Н., Талонов А.В., Ухов С.Б.
Влияние локальных фазовых переходов на ползучесть пластично-мерзлых грунтов//
Геоэкология, 1995, N5, с.71-77.
- Вялов С.С. Реологические свойства и несущая способность мёрзлых грунтов.
М.: АН СССР, 1959. ‒ 190 с.
- Гетлинг А.В. Формирование пространственных структур конвекции Рэлея – Бенара //
Успехи физических наук, 1991. Том 161, №9, с. 1 – 80.
- Гленсдорф П., Пригожин И.Р. Термодинамическая теория структуры, устойчивости и
флуктуаций. М.: «Мир», 1973. ‒ 280 с.
- Иванов
П.Л. Грунты и основания гидротехнических сооружений. М.: «Высшая школа», 1985.
– 351 с.
- Колунин В.С., Колунин А.В., Писарев А.Д. Тепломассоперенос через водонасыщенную керамику с включением льда под
действием различных термодинамических сил. Часть 1. Градиент давления жидкости.
// Криосфера Земли, 2011. Том XV, № 3, с. 56-60.
- Колунин B.C., Колунин A.B., Писарев А.Д. Вклад движения льда в
тепломассообменные свойства пористых сред // Криосфера Земли, 2011. Том XV, №
4, с. 43-45.
- Комаров И.А. Термодинамика и теплофизика мёрзлых пород. М.: «Научный мир»,
2025. ‒ 631с
- Ландау Л.Д. и Лифшиц Е.М. Статистическая физика. М.: «Наука», 1964. ‒ 567 с.
- Маэно Н. Наука о льде. – М.: Мир, 1988.– 229с.
- Мерзляков В.П.
Влияние внешнего давления на фазовое равновесие льда и влаги в мёрзлых
грунтах// Основания, фундаменты и механика грунтов, 2001, №1, с. 2 − 6.
- Мерзляков В.П.
Основные явления, характерные для механического взаимодействия твёрдых частиц
со льдом (анализ эксперимента Боттомли) // Основания, фундаменты и механика
грунтов, 2007, №1, с. 2 − 7.
- Мухаметгалеев Д.М., Савдур С.Н. Элементы термодинамики, хаос и порядок.
Синергетика. Казань: Казанский Университет, 2016. ‒ 79 с.
- Николис Г., Пригожин И. Р. Самоорганизация в неравновесных системах. М.: «Мир»,
1979. ‒ 512 с.
- Очкина Н.А., Захаров О.А. Классическая (равновесная) термодинамика.
Неравновесная термодинамика. Самоорганизация природы. Пенза: ПГУАС, − 111 с.
- Постоев Г.П. Диссипативные структуры в грунтовом массиве на примере
формирования глубоких оползней// Инженерная геоэкология. 2018. Т. XIII, №3. С. 54 – 61.
- Пригожин И.Р., Кондепуди Д. Современная термодинамика. М.: «Мир», 2002. ‒ 461
с.
- Пуртов П. А. Введение в неравновесную химическую термодинамику.
Новосибирск: НГУ, 2000. – 97 с.
- Разбегин В.Н., Вялов С.С., Максимяк Р.В., Садовский А.В.
Исследования механических свойств мерзлых грунтов // Основания, фундаменты и
механика грунтов, 1996, №2, с. 2– 8.
- Ревуженко А. Ф., Стажевский C.
Б., Шемякин Е. И. О механизме деформирования сыпучего материала при больших сдвигах //
Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1974. № 3. С.
130–133.
- Ревуженко А. Ф. Механика сыпучей среды: некоторые
фундаментальные проблемы и приложения // Физико-технические проблемы разработки
полезных ископаемых. 2014. № 5. С. 19–32.
- Седов
Л.И. Механика сплошной среды. Том 1. М.: «Наука», 1970. ‒ 492 с.
- Соколовский В.В. Статика сыпучей среды. М.: Государственное издательство
физико-математической литературы, 1960. ‒ 240с.
- Турбулентность. Принципы и применения / Ред. Фрост У.,
Моулден Т. – М.: «Мир», 1980. ‒ 535 с.
- Учебное пособие по
курсу "Механика грунтов" / Петраков А.А.,Яркин В.В., Таран Р.А.,
Казачек Т.В.; ред. Петраков А.А. – Макеевка: ДонНАСА, 2004. – 164 с.
- Цытович Н.А. Механика грунтов. - М.:
“Высшая школа”, 1983. - 257 с.
- 28 Эбелинг В.
Образование структур при необратимых процессах. М.: «Мир», 1979. – 279 с.
- Bottomley, J.T. [Melting and regelation of ice]. Nature, vol.5, no. 114, 1872, pp. 185.
- Drake, L.D., Shreve, R.L. [Pressure melting
and regelation of ice by round wires]. Proc. Roy. Soc. London, A332, 51, 1973,
pp. 51 83.
- Merzlyakov, V.P. [Hydraulics of Regelation
Flows in the Frozen ground under load]. Composites: Mechanics, Computations, Applications, V.7, 2016, Issue 2, pp. 1 – 14.