В термодинамике диссипация — результат необратимого процесса , воздействующего на термодинамическую систему . В диссипативном процессе энергия ( внутренняя , кинетическая объемного потока или потенциал системы ) преобразуется из исходной формы в конечную форму, при этом способность конечной формы совершать термодинамическую работу меньше, чем у исходной формы. Например, передача энергии в виде тепла является диссипативной, поскольку это передача энергии, отличная от термодинамической работы или передачи материи, и распространяет ранее сконцентрированную энергию. Следуя второму закону термодинамики , при проводимости и излучении от одного тела к другому энтропия меняется с температурой (уменьшает способность комбинации двух тел совершать работу), но никогда не уменьшается в изолированной системе.
В машиностроении диссипация — это необратимое преобразование механической энергии в тепловую с соответствующим увеличением энтропии. [1]
Процессы с определенной локальной температурой производят энтропию с определенной скоростью. Скорость производства энтропии, умноженная на местную температуру, дает рассеиваемую мощность . Важными примерами необратимых процессов являются: поток тепла через термосопротивление , поток жидкости через сопротивление потоку, диффузия (смешивание), химические реакции и протекание электрического тока через электрическое сопротивление ( Джоулевый нагрев ).
Диссипативные термодинамические процессы по существу необратимы, поскольку они производят энтропию . Планк считал трение ярким примером необратимого термодинамического процесса. [2] В процессе, в котором температура локально постоянно определена, локальная плотность скорости производства энтропии, умноженная на локальную температуру, дает локальную плотность рассеиваемой мощности. [ необходимо определение ]
Конкретное возникновение диссипативного процесса не может быть описано одним-единственным гамильтоновым формализмом. Диссипативный процесс требует набора допустимых индивидуальных гамильтоновых описаний, какое именно из них описывает реальное частное возникновение интересующего процесса, неизвестно. Сюда входят трение и удары, а также все подобные силы, которые приводят к декогерентности энергии, то есть преобразованию когерентного или направленного потока энергии в ненаправленное или более изотропное распределение энергии.
«Преобразование механической энергии в тепловую называется диссипацией энергии». – Франсуа Роддье [3] Этот термин также применяется к потерям энергии из-за образования нежелательного тепла в электрических и электронных цепях.
В вычислительной физике численная диссипация (также известная как « числовая диффузия ») относится к определенным побочным эффектам, которые могут возникнуть в результате численного решения дифференциального уравнения. При решении методом численной аппроксимации чистого уравнения адвекции , свободного от диссипации, энергия начальной волны может быть уменьшена аналогично диффузионному процессу. Говорят, что такой метод содержит «диссипацию». В некоторых случаях «искусственная диссипация» намеренно добавляется для улучшения характеристик численной стабильности решения. [4]
Формальное математическое определение диссипации, обычно используемое при математическом исследовании сохраняющих меру динамических систем , дано в статье «Блуждающее множество» .
Диссипация – это процесс преобразования механической энергии текущей вниз воды в тепловую и акустическую энергию. В руслах ручьев проектируются различные устройства для уменьшения кинетической энергии текущих вод, снижения их эрозионной способности на берегах и дне рек . Очень часто эти устройства выглядят как небольшие водопады или каскады , где вода течет вертикально или по каменной наброске , теряя часть своей кинетической энергии .
Важными примерами необратимых процессов являются:
Волны или колебания со временем теряют энергию , обычно из-за трения или турбулентности . Во многих случаях «потерянная» энергия повышает температуру системы . Например, говорят, что волна , теряющая амплитуду, рассеивается. Точная природа эффектов зависит от природы волны: например, атмосферная волна может рассеиваться вблизи поверхности из-за трения о земную массу, а на более высоких уровнях - из-за радиационного охлаждения .
Концепция диссипации была введена в область термодинамики Уильямом Томсоном (лордом Кельвином) в 1852 году. [7] Лорд Кельвин пришел к выводу, что часть вышеупомянутых необратимых диссипативных процессов будет происходить, если процесс не управляется «идеальным термодинамическим двигатель". Лорд Кельвин определил процессы трения, диффузии, проводимости тепла и поглощения света.