Nerovnovážná termodynamika

Cíle předmětu

Cílem předmětu je seznámit posluchače se základy nerovnovážné termodynamiky. Představit základní fenomenologické rovnice a evoluční kritérium pro ekologické systémy a jejich využití. Seznámit a objasnit princip oscilačních reakcí.

Získané způsobilosti

Po absolvování předmětu má posluchač rozšířené znalosti o termodynamice, je schopen se orientovat v základních modelech pro ekologické systémy.

Obsah předmětu

Vratné a nevratné procesy. Nevratné procesy v homogenních systémech: základní pojmy – tok a produkce entropie a jejich aplikace na přenos tepla a hmoty včetně toku lamelou, homogenní chemická reakce, kombinace dějů. Obecný vztah pro produkci entropie.
Toky a hnací síly: fenomenologické rovnice a jejich aplikace na energetický a látkový přenos.
Fenomenologické koeficienty a jejich význam. Onsagerův princip reciprocity (OPR), Onsagerovy a Casimirovy sekundární (křížové) koeficienty. Aplikace OPR na některé chemické reakce blízko rovnováhy. Popis některých lineárních procesů, Glansdorff-Prigoginovo evoluční kriterium.
Stacionární stavy – jejich význam a jejich aplikace na některé chemické reakce. Periodické chemické reakce: podmínky existence a charakteristika oscilujících systémů. Model dle Lotky-Volterra, matematický rozbor nelineárních diferenciálních kinetických rovnic s linearizací v okolí stacionárních bodů. Typy stacionárních bodů a tvary trajektorií v jejich okolí, bifurkace a bifurkační body. Speciální typy oscilačních reakcí, zejména se zaměřením na Brusselátor a Oregonátor.
Eko-systémy: Verhulstova rovnice logistického růstu a její aplikace na živé systémy, matematický popis mutací a dělby práce.

Odborná literatura

  1. 1. O. Fischer, I. Kucera: Nerovnovážné soustavy, skripta UJEP Brno, SPN Praha, 1987
  2. J. Krempaský a kol.: Synergetika, SAV Bratislava, 1988
  3. I. Prigogin: Introduction to Thermodynamics of Irreversible Processes, Inostranaja literatura, 1960
  4. I. Prigogine , D. Kondepudi: Modern thermodynamics: From heat engines to dissipative structures, John Wiley & Sons, Chichester 1998
  5. A. Tockstein: Vyšetřování a řešení kinetických schémat homogenních reakcí, skripta VŠCHT Pardubice, 1978