Popis stavu objektu a popis zmien stavu objektu pomocou statických a dynamických informačných modelov. Uveďte príklady z rôznych tematických okruhov.
Systém pozostáva z objektov nazývaných systémové prvky. Medzi prvkami systému existujú rôzne súvislosti a vzťahy. Napríklad počítač je systém pozostávajúci z rôznych zariadení, pričom zariadenia sú navzájom hardvérovo (fyzicky prepojené) aj funkčne (medzi zariadeniami sa vymieňajú informácie).
Dôležitou vlastnosťou systému je jeho holistické fungovanie. Počítač funguje normálne, pokiaľ sú jeho hlavné zariadenia (procesor, pamäť, základná doska atď.) v dobrom prevádzkovom stave. Ak odstránite jeden z nich, napríklad procesor, počítač zlyhá, to znamená, že prestane existovať ako systém.
Akýkoľvek systém je umiestnený v priestore a čase. Stav systému v každom okamihu je charakterizovaný jeho štruktúrou, t. j. zložením, vlastnosťami prvkov, ich vzťahmi a vzájomnými prepojeniami. Štruktúra slnečnej sústavy je teda charakterizovaná zložením objektov v nej zahrnutých (Slnko, planéty atď.), ich vlastnosťami (povedzme veľkosti) a interakciou (gravitačné sily).
Modely, ktoré popisujú stav systému v určitom časovom bode, sa nazývajú statické informačné modely.
Vo fyzike napríklad statické informačné modely opisujú jednoduché mechanizmy, v biológii - klasifikácia sveta zvierat, v chémii - štruktúra molekúl atď.
Stav systémov sa v čase mení, t.j. prebiehajú procesy zmeny a vývoja systémov. Planéty sa teda pohybujú, ich poloha voči Slnku a navzájom sa menia; Slnko, ako každá iná hviezda, sa vyvíja, mení sa jeho chemické zloženie, žiarenie atď.
Modely, ktoré popisujú procesy zmien a vývoja systémov, sa nazývajú dynamické informačné modely.
Vo fyzike dynamické informačné modely popisujú pohyb telies, v biológii - vývoj organizmov alebo populácií zvierat, v chémii - procesy chemických reakcií atď.
Polia a algoritmy na ich spracovanie.
Po deklarovaní poľa je na jeho uloženie pridelené určité množstvo pamäťového priestoru. Ak však chcete začať pracovať s poľom, musíte ho najprv vyplniť, to znamená priradiť určité hodnoty prvkom poľa. Vyplnenie poľa sa vykonáva rôznymi spôsobmi.
Prvým spôsobom je zadanie hodnôt prvkov poľa používateľom pomocou vstupnej funkcie InputBox. Môžete napríklad vyplniť pole reťazcov stg A (I) písmenami ruskej abecedy pomocou nasledujúceho programu (postup udalosti) vo Visual Basic:
Po spustení programu na vykonanie a kliknutí na tlačidlo Commandl by ste mali umiestniť písmená abecedy na postupne sa objavujúce vstupné panely v textovom poli.
Druhým spôsobom, ako vyplniť pole, je použiť operátor priradenia. Vyplňte číselné pole bytA (I) náhodnými celými číslami v rozsahu od 1 do 100 pomocou funkcie náhodného čísla Rnd a funkcie na výber celej časti čísla Int v slučke s počítadlom:
Vytvorme program na nájdenie indexu prvku poľa, ktorého hodnota sa zhoduje s daným. Zoberme si pole znakov obsahujúce abecedu a určme číslo daného písmena v abecednom poradí. V prvom cykle programu naplníme pole reťazcov písmenami ruskej abecedy, potom zadáme požadované písmeno a v druhom cykle ho porovnáme so všetkými prvkami poľa. Ak dôjde k zhode, premennej N priradíme hodnotu indexu tohto prvku. Vytlačíme výsledok.
Úloha na prevod čísla zapísaného v desiatkovej číselnej sústave do dvojkovej, osmičkovej a šestnástkovej sústavy.
Preveďte desiatkové číslo 20 na binárne. Poznámka. Použite prekladový algoritmus založený na delení desatinného čísla jeho základom
Číslo lístka 14
1. Algoritmus. Vlastnosti algoritmu. Možnosť automatizácie
ľudská aktivita. Ukážte na príklade.
Algoritmus je informačný model, ktorý popisuje proces transformácie objektu z počiatočného stavu do konečného stavu vo forme postupnosti príkazov zrozumiteľných pre interpreta.
Zoberme si informačný model, ktorý popisuje proces úpravy textu.
Najprv je potrebné určiť počiatočný stav objektu a jeho konečný stav (cieľ transformácie). Pre text je preto potrebné určiť počiatočnú postupnosť znakov a konečnú postupnosť, ktorú je potrebné získať po úprave.
Po druhé, aby sa zmenil stav objektu (hodnoty jeho vlastností), musia sa na ňom vykonať určité akcie (operácie). Výkonný umelec vykonáva tieto operácie. Textovým editorom môže byť osoba, počítač atď.
Po tretie, proces prevodu textu musí byť rozdelený do samostatných operácií, zapísaných ako samostatné príkazy interpretovi. Každý interpret má špecifický súbor a systém príkazov, ktoré sú interpretovi zrozumiteľné. V procese úpravy textu sú možné rôzne operácie: mazanie, kopírovanie, presúvanie alebo nahradzovanie jeho fragmentov. Textový editor musí byť schopný vykonávať tieto operácie.
Rozdelenie informačného procesu v algoritme na samostatné príkazy je dôležitou vlastnosťou algoritmu a nazýva sa diskrétnosť.
Aby vykonávateľ mohol vykonať transformáciu objektu podľa algoritmu, musí byť schopný pochopiť a vykonať každý príkaz. Táto vlastnosť algoritmu sa nazýva istota (alebo presnosť). Je potrebné, aby algoritmus zabezpečil transformáciu objektu z počiatočného stavu do konečného stavu v konečnom počte krokov. Táto vlastnosť algoritmu sa nazýva konečnosť (alebo účinnosť).
Algoritmy môžu reprezentovať transformačné procesy pre širokú škálu objektov. Výpočtové algoritmy, ktoré opisujú transformáciu numerických údajov, sa rozšírili. Samotné slovo algoritmus pochádza z algorithmi - latinskej formy zápisu mena vynikajúceho matematika 9. storočia. al-Khwarizmi, ktorý sformuloval pravidlá vykonávania aritmetických operácií.
Algoritmus vám umožňuje formalizovať vykonávanie informačného procesu. Ak je účinkujúcim osoba, môže vykonať algoritmus formálne bez toho, aby sa ponoril do obsahu úlohy, ale iba prísne dodržiaval postupnosť akcií, ktoré algoritmus poskytuje.
Operačný systém počítača (účel, zloženie, načítanie). Grafické rozhranie.
Operačný systém zabezpečuje spoločné fungovanie všetkých počítačových zariadení a poskytuje užívateľovi prístup k svojim zdrojom.
Proces prevádzky počítača v určitom zmysle spočíva vo výmene súborov medzi zariadeniami. Operačný systém obsahuje softvérové moduly, ktoré spravujú súborový systém.
Súčasťou operačného systému je špeciálny program – príkazový procesor – ktorý od používateľa vyžaduje príkazy a vykonáva ich. Používateľ môže zadať napríklad príkaz na vykonanie nejakej operácie so súbormi (kopírovanie, mazanie, premenovanie), príkaz na tlač dokumentu atď. Tieto príkazy musí vykonať operačný systém.
K chrbtici počítača sú pripojené rôzne zariadenia (diskové jednotky, monitor, klávesnica, myš, tlačiareň atď.). Operačný systém obsahuje ovládače zariadení - špeciálne programy, ktoré riadia činnosť zariadení a koordinujú výmenu informácií s inými zariadeniami. Každé zariadenie má svoj vlastný ovládač.
Pre zjednodušenie práce používateľa moderné operačné systémy a najmä Windows obsahujú softvérové moduly, ktoré vytvárajú grafické používateľské rozhranie. V operačných systémoch GUI môže používateľ zadávať príkazy pomocou myši, zatiaľ čo v režime príkazového riadka musia byť príkazy zadávané pomocou klávesnice.
Operačný systém obsahuje aj servisné programy atď. a pomocné programy. Takéto programy vám umožňujú udržiavať disky (kontrolovať, komprimovať, defragmentovať atď.), vykonávať operácie so súbormi (archív atď.), pracovať v počítačových sieťach atď.
Pre pohodlie používateľa má operačný systém zvyčajne systém pomocníka. Je navrhnutý tak, aby rýchlo získal potrebné informácie o fungovaní ako operačného systému ako celku, tak aj o fungovaní jeho jednotlivých modulov.
Súbory operačného systému sú uložené v externej, dlhodobej pamäti (pevný, disketový alebo laserový disk). Programy však môžu bežať iba vtedy, ak sú v pamäti RAM, takže súbory operačného systému musia byť načítané do pamäte RAM.
Disk (pevný, disketový alebo laserový), na ktorom sa nachádzajú súbory operačného systému a z ktorého sa načítava, sa nazýva systémový disk.
Po zapnutí počítača sa operačný systém načíta zo systémového disku do RAM. Ak v počítači nie sú žiadne systémové disky, na obrazovke monitora sa zobrazí hlásenie Bez systémového disku a počítač „zamrzne“, t. j. operačný systém sa zastaví a počítač zostane nefunkčný.
Po dokončení načítania operačného systému sa riadenie prenesie na príkazový procesor. Ak používate rozhranie príkazového riadka, na obrazovke sa zobrazí systémová výzva, inak sa načíta grafické rozhranie operačného systému.
3. Cvičenie vyvinúť program na počítanie počtu výskytov konkrétneho znaku v danom texte.
Existuje veľa konceptov systému. Uvažujme o pojmoch, ktoré najviac odhaľujú jeho podstatné vlastnosti (obr. 1).
Ryža. 1. Koncepcia systému
"Systém je komplex vzájomne pôsobiacich komponentov."
"Systém je súbor vzájomne prepojených operačných prvkov."
"Systém nie je len súbor jednotiek... ale súbor vzťahov medzi týmito jednotkami."
A hoci pojem systém je definovaný rôznymi spôsobmi, zvyčajne to znamená, že systém je určitý súbor vzájomne prepojených prvkov, ktoré tvoria stabilnú jednotu a integritu, ktorá má integrálne vlastnosti a vzory.
Systém môžeme definovať ako niečo celok, abstraktné alebo skutočné, pozostávajúce zo vzájomne závislých častí.
systém môže byť akýkoľvek predmet živej a neživej prírody, spoločnosť, proces alebo súbor procesov, vedecká teória a pod., ak definujú prvky tvoriace jednotu (celistvosť) svojimi väzbami a vzájomnými vzťahmi medzi nimi, čo v konečnom dôsledku vytvára súbor vlastností, inherentné len danému systému a odlišujúce ho od iných systémov (vlastnosť emergencie).
systém(z gréckeho SYSTEMA, čo znamená „celok zložený z častí“) je súbor prvkov, spojení a interakcií medzi nimi a vonkajším prostredím, tvoriaci určitú celistvosť, jednotu a účelnosť. Takmer každý objekt možno považovať za systém.
systém- je súbor hmotných a nehmotných predmetov (prvkov, podsystémov) spojených nejakým druhom spojení (informačné, mechanické atď.), určené na dosiahnutie konkrétneho cieľa a dosiahnuť to najlepším možným spôsobom. systém je definovaná ako kategória, t.j. jeho zverejnenie sa uskutočňuje prostredníctvom identifikácie hlavných vlastností systému. Pre štúdium systému je potrebné jeho zjednodušenie pri zachovaní základných vlastností, t.j. zostaviť model systému.
systém môže sa prejaviť ako integrálny materiálny objekt, predstavujúce prirodzene určený súbor funkčne interagujúcich prvkov.
Dôležitým prostriedkom na charakterizáciu systému je jeho vlastnosti. Hlavné vlastnosti systému sa prejavujú prostredníctvom celistvosti, interakcie a vzájomnej závislosti procesov premeny hmoty, energie a informácií, cez jeho funkčnosť, štruktúru, prepojenia a vonkajšie prostredie.
Nehnuteľnosť– ide o kvalitu parametrov objektu, t.j. vonkajšie prejavy metódy, ktorou sa získavajú poznatky o predmete. Vlastnosti umožňujú popisovať systémové objekty. Môžu sa však meniť v dôsledku fungovania systému. Vlastnosti sú vonkajšie prejavy procesu, ktorým sa získavajú poznatky o objekte a sú pozorované. Vlastnosti poskytujú schopnosť kvantitatívne opísať systémové objekty a vyjadriť ich v jednotkách určitej dimenzie. Vlastnosti objektov systému sa môžu meniť v dôsledku jeho pôsobenia.
Rozlišujú sa nasledujúce základné vlastnosti systému :
· Systém je súbor prvkov . Za určitých podmienok možno prvky považovať za systémy.
· Prítomnosť významných spojení medzi prvkami. Pod významné súvislosti sa rozumejú tie, ktoré prirodzene a nevyhnutne určujú integračné vlastnosti systému.
· Prítomnosť konkrétnej organizácie, čo sa prejavuje znížením miery neurčitosti systému v porovnaní s entropiou systémovotvorných faktorov, ktoré podmieňujú možnosť vytvorenia systému. Tieto faktory zahŕňajú počet prvkov systému, počet významných spojení, ktoré prvok môže mať.
· Dostupnosť integračných vlastností , t.j. sú vlastné systému ako celku, ale nie sú vlastné žiadnemu z jeho prvkov samostatne. Ich prítomnosť ukazuje, že vlastnosti systému, hoci závisia od vlastností prvkov, nie sú nimi úplne určené. Systém nie je zredukovaný na jednoduchý súbor prvkov; Rozložením systému na samostatné časti je nemožné poznať všetky vlastnosti systému ako celku.
· Vznik – neredukovateľnosť vlastností jednotlivých prvkov a vlastností systému ako celku.
· bezúhonnosť – ide o celosystémovú vlastnosť, ktorá spočíva v tom, že zmena ktorejkoľvek zložky systému ovplyvňuje všetky jeho ostatné zložky a vedie k zmene systému ako celku; naopak, akákoľvek zmena v systéme ovplyvňuje všetky komponenty systému.
· Deliteľnosť – je možné rozložiť systém na podsystémy, aby sa zjednodušila analýza systému.
· Komunikačné schopnosti. Akýkoľvek systém funguje v prostredí, zažíva vplyv prostredia a následne ovplyvňuje prostredie. Vzťah medzi prostredím a systémom možno považovať za jednu z hlavných čŕt fungovania systému, vonkajšiu charakteristiku systému, ktorá do značnej miery určuje jeho vlastnosti.
· Systém je vlastný majetok rozvíjať, prispôsobiť sa novým podmienkam vytváraním nových spojení, prvkov s ich lokálnymi cieľmi a prostriedkami na ich dosiahnutie. rozvoj– vysvetľuje zložité termodynamické a informačné procesy v prírode a spoločnosti.
· Hierarchia. Pod hierarchiou sa týka postupného rozkladu pôvodného systému na množstvo úrovní s vytvorením vzťahu podriadenosti základných úrovní vyšším. Hierarchia systému je, že ho možno považovať za prvok systému vyššieho rádu a každý jeho prvok je zasa systémom.
Dôležitou vlastnosťou systému je zotrvačnosť systému, určenie času potrebného na presun systému z jedného stavu do druhého pre dané riadiace parametre.
· Multifunkčnosť – schopnosť komplexného systému realizovať na danej štruktúre určitý súbor funkcií, čo sa prejavuje vo vlastnostiach flexibility, adaptability a prežitia.
· Flexibilita – je to vlastnosť systému meniť účel prevádzky v závislosti od prevádzkových podmienok alebo stavu podsystémov.
· Prispôsobivosť – schopnosť systému meniť svoju štruktúru a voliť možnosti správania v súlade s novými cieľmi systému a pod vplyvom faktorov prostredia. Adaptívny systém je systém, v ktorom prebieha nepretržitý proces učenia alebo sebaorganizácie.
· Spoľahlivosť – Toto je vlastnosť systému implementovať špecifikované funkcie v určitom časovom období so špecifikovanými parametrami kvality.
· Bezpečnosť – schopnosť systému počas prevádzky nespôsobovať neprijateľné vplyvy na technické objekty, personál a životné prostredie.
· Zraniteľnosť – schopnosť poškodiť sa pri vystavení vonkajším a (alebo) vnútorným faktorom.
· Štruktúrovanie – správanie systému je určené správaním jeho prvkov a vlastnosťami jeho štruktúry.
· Dynamika je schopnosť fungovať v priebehu času.
· Dostupnosť spätnej väzby.
Každý systém má svoj účel a obmedzenia. Cieľ systému možno opísať cieľovou funkciou U1 = F (x, y, t, ...), kde U1 je krajná hodnota jedného z ukazovateľov kvality fungovania systému.
Správanie systému možno opísať zákonom Y = F(x), ktorý odráža zmeny na vstupe a výstupe systému. To určuje stav systému.
Stav systému je okamžitá fotografia, alebo momentka systému, zastávka v jeho vývoji. Určuje sa buď prostredníctvom vstupných interakcií alebo výstupných signálov (výsledkov), alebo prostredníctvom makroparametrov, makrovlastností systému. Ide o množinu stavov jeho n prvkov a spojení medzi nimi. Špecifikácia konkrétneho systému spočíva v špecifikácii jeho stavov, počnúc jeho vznikom a končiac jeho smrťou alebo prechodom na iný systém. Skutočný systém nemôže byť v žiadnom stave. Jej stav podlieha obmedzeniam - niektorým vnútorným a vonkajším faktorom (napríklad človek nemôže žiť 1000 rokov). Možné stavy reálneho systému tvoria v priestore systémových stavov určitú subdoménu Z SD (subspace) - množinu prípustných stavov systému.
Rovnováha– schopnosť systému pri neprítomnosti vonkajších rušivých vplyvov alebo pri stálych vplyvoch udržiavať svoj stav neobmedzene dlhý čas.
Udržateľnosť je schopnosť systému vrátiť sa do rovnovážneho stavu po tom, čo bol z tohto stavu odstránený vplyvom vonkajších alebo vnútorných rušivých vplyvov. Táto schopnosť je vlastná systémom, keď odchýlka nepresahuje určitú stanovenú hranicu.
3. Koncepcia štruktúry systému.
Štruktúra systému– súbor prvkov systému a spojenia medzi nimi vo forme súboru. Štruktúra systému znamená štruktúru, usporiadanie, poriadok a odráža určité vzťahy, vzájomné postavenie zložiek systému, t.j. jeho štruktúru a nezohľadňuje mnohé vlastnosti (stavy) jeho prvkov.
Systém môže byť reprezentovaný jednoduchým výpisom prvkov, ale najčastejšie pri štúdiu objektu takéto zobrazenie nestačí, pretože je potrebné zistiť, o aký objekt ide a čo zabezpečuje plnenie jeho cieľov.
Ryža. 2. Štruktúra systému
Koncept systémového prvku. A-priorstvo element- Je neoddeliteľnou súčasťou komplexného celku. Komplexný celok je v našom poňatí systém, ktorý predstavuje ucelený komplex vzájomne prepojených prvkov.
Element- časť systému, ktorá je nezávislá vo vzťahu k celému systému a je pri tomto spôsobe oddeľovania častí nedeliteľná. Nedeliteľnosť prvku sa považuje za nevhodnosť zohľadnenia jeho vnútornej štruktúry v rámci modelu daného systému.
Samotný prvok je charakteristický len svojimi vonkajšími prejavmi v podobe väzieb a vzťahov s inými prvkami a vonkajším prostredím.
Komunikačný koncept. Pripojenie– súbor závislostí vlastností jedného prvku od vlastností ostatných prvkov systému. Vytvorenie spojenia medzi dvoma prvkami znamená identifikáciu prítomnosti závislostí v ich vlastnostiach. Závislosť vlastností prvkov môže byť jednostranná alebo obojstranná.
Vzťahy– súbor obojsmerných závislostí vlastností jedného prvku od vlastností ostatných prvkov systému.
Interakcia– súbor vzájomných vzťahov a vzťahov medzi vlastnosťami prvkov, keď nadobúdajú povahu vzájomného pôsobenia.
Pojem vonkajšieho prostredia. Systém existuje medzi inými hmotnými alebo nehmotnými objektmi, ktoré nie sú zahrnuté v systéme a spája ich pojem „vonkajšie prostredie“ - objekty vonkajšieho prostredia. Vstup charakterizuje vplyv vonkajšieho prostredia na systém, výstup charakterizuje vplyv systému na vonkajšie prostredie.
Vymedzenie alebo identifikácia systému je v podstate rozdelenie určitej oblasti materiálneho sveta na dve časti, z ktorých jedna sa považuje za systém - objekt analýzy (syntézy) a druhá - za vonkajšie prostredie. .
Vonkajšie prostredie– súbor objektov (systémov) existujúcich v priestore a čase, o ktorých sa predpokladá, že majú vplyv na systém.
Vonkajšie prostredie je súbor prirodzených a umelých systémov, pre ktoré tento systém nie je funkčným podsystémom.
Typy štruktúr
Uvažujme o niekoľkých typických systémových štruktúrach používaných na popis organizačných, ekonomických, výrobných a technických objektov.
Pojem „štruktúra“ sa zvyčajne spája s grafickým zobrazením prvkov a ich spojení. Štruktúra však môže byť reprezentovaná aj v maticovej forme, vo forme teoretického popisu množín, pomocou jazyka topológie, algebry a iných nástrojov na modelovanie systémov.
Lineárne (sekvenčné)štruktúra (obr. 8) je charakteristická tým, že každý vrchol je spojený s dvoma susednými, keď zlyhá aspoň jeden prvok (spojenie), štruktúra je zničená. Príkladom takejto konštrukcie je dopravník.
Prsteň konštrukcia (obr. 9) je uzavretá, dva ľubovoľné prvky majú dva smery spojenia; To zvyšuje rýchlosť komunikácie a robí štruktúru odolnejšou.
Bunkový konštrukcia (obr. 10) sa vyznačuje prítomnosťou záložných spojov, čo zvyšuje spoľahlivosť (prežitie) fungovania konštrukcie, ale vedie k zvýšeniu jej nákladov.
Násobiť pripojenéštruktúra (obr. 11) má štruktúru úplného grafu. Prevádzková spoľahlivosť je maximálna, prevádzková efektivita je vysoká vďaka prítomnosti najkratších ciest, náklady sú maximálne.
Hviezdnyštruktúra (obr. 12) má centrálny uzol, ktorý pôsobí ako centrum, všetky ostatné prvky systému sú podriadené.
Graphovayaštruktúra (obr. 13) sa zvyčajne používa pri popise výrobných a technologických systémov.
sieťštruktúru (netto)- typ grafovej štruktúry, ktorá predstavuje rozklad systému v čase.
Napríklad štruktúra siete môže odrážať poradie prevádzky technického systému (telefónna sieť, elektrická sieť atď.), fázy ľudskej činnosti (vo výrobe - sieťový diagram, pri návrhu - sieťový model, pri plánovaní - a sieťový model, sieťový plán atď.).
Hierarchickýštruktúra sa najviac používa pri navrhovaní riadiacich systémov, čím vyššia je úroveň hierarchie, tým menej spojení majú jej prvky. Všetky prvky okrem hornej a dolnej úrovne majú funkcie príkazového aj podriadeného ovládania.
Hierarchické štruktúry predstavujú rozklad systému v priestore. Všetky vrcholy (uzly) a spojenia (oblúky, hrany) existujú v týchto štruktúrach súčasne (nerozdelené v čase).
Hierarchické štruktúry, v ktorých je každý prvok nižšej úrovne podriadený jednému uzlu (jednomu vrcholu) vyššej (a to platí pre všetky úrovne hierarchie), sa nazývajú tzv. stromovitýštruktúry (štruktúry typ "stromu";štruktúry, na ktorých sa uskutočňujú vzťahy stromového poriadku, hierarchické štruktúry s silný pripojenia) (obrázok 14, a).
Štruktúry, v ktorých môže byť prvok nižšej úrovne podriadený dvom alebo viacerým uzlom (vrcholom) vyššej úrovne, sa nazývajú hierarchické štruktúry s slabý pripojenia (obrázok 14, b).
Vo forme hierarchických štruktúr sú prezentované návrhy zložitých technických produktov a komplexov, štruktúry klasifikátorov a slovníkov, štruktúry cieľov a funkcií, výrobné štruktúry a organizačné štruktúry podnikov.
Vo všeobecnosti termínhierarchia v širšom zmysle znamená podriadenosť, poradie podriadenosti osôb nižšieho postavenia a hodnosti vyšším, vznikol ako názov „kariérneho rebríčka“ v náboženstve, široko sa používa na charakterizáciu vzťahov v aparáte vlády, armády, atď., potom sa pojem hierarchia rozšíril na akékoľvek koordinované poradie objektov podľa podriadenosti.
V hierarchických štruktúrach je teda dôležité zvýrazniť iba úrovne podriadenosti a medzi úrovňami a komponentmi v rámci úrovne môže byť akýkoľvek vzťah. V súlade s tým existujú štruktúry, ktoré využívajú hierarchický princíp, ale majú špecifické črty a je vhodné ich osobitne vyzdvihnúť.
Stav akéhokoľvek reálneho systému v akomkoľvek danom časovom okamihu možno opísať pomocou určitej množiny, ktorá charakterizuje systém veličín - parameter.
Množstvo parametrov aj pre relatívne jednoduchý systém môže byť veľmi veľké, a preto sa v praxi na popis systémov používajú len najvýznamnejšie, charakteristické parametre zodpovedajúce špecifickým účelom štúdia objektov. Aby sme študovali zdravotný stav človeka z hľadiska potreby odbremeniť ho od práce, najprv sa berú do úvahy hodnoty parametrov, ako je teplota a krvný tlak.
Stav určitého ekonomického systému charakterizujú také parametre ako množstvo a kvalita produkcie, produktivita práce, fond návratnosti a pod.
Na opísanie stavu a pohybu systému možno použiť metódy ako slovný popis, tabuľkový alebo maticový popis, matematické vyjadrenia a grafické obrázky.
Slovný popis Ide o sekvenčný výpis a charakteristiku parametrov systému, trendov v ich zmenách a postupnosti zmien v stave systému. Slovný popis je veľmi približný a podáva len všeobecné predstavy o systéme, navyše je do značnej miery subjektívny, pretože odráža nielen skutočné charakteristiky systému, ale aj postoj človeka, ktorý ich k nim opisuje.
Tabuľky a matice sa najčastejšie používajú pre kvantitatívne charakteristiky systému, vyjadrené hodnotami ich parametrov v určitom pevnom časovom bode. Na základe údajov z tabuľky alebo súboru tabuliek je možné zostaviť diagramy a grafy zodpovedajúce rôznym časovým okamihom, ktoré poskytujú vizuálnu reprezentáciu dynamiky systému.
Používajú sa na opis pohybu systému a zmien jeho prvkov matematické výrazy, ktoré sú zase interpretované grafmi zobrazujúcimi priebeh určitých procesov v systéme.
Najhlbší a najprimeranejší je však formalizovaná geometrická interpretácia stavy a pohyby systému v takzvanom stavovom alebo fázovom priestore.
Stavový priestor systému
Stavový priestor systému je priestor, v ktorom každý bod jednoznačne zodpovedá určitému stavu uvažovaného dynamického systému a každý proces zmeny stavu systému zodpovedá určitej trajektórii pohybu reprezentujúceho bodu v priestore.
Na opis pohybov dynamických systémov sa používa metóda založená na tzv fázový priestor(n-rozmerný euklidovský priestor), pozdĺž ktorého osí sú vynesené hodnoty všetkých n zovšeobecnených súradníc uvažovaného dynamického systému. V tomto prípade sa jedinečná zhoda medzi stavom systému a bodmi fázového priestoru dosiahne výberom počtu rozmerov rovnajúcich sa počtu zovšeobecnených súradníc uvažovaného dynamického systému.
Parametre určitého systému označme symbolmi z1, z2…zn, ktoré môžeme považovať za súradnice vektora z, n rozmerného priestoru. Takýto vektor je súborom reálnych čísel z=(z1,z2..zn). Parametre z1, z2…zn sa budú nazývať fázové súradnice systému a stavy (fáza systému) budú reprezentované bodom z vo fázovom priestore. Rozmer tohto priestoru je určený počtom fázových súradníc, teda počtom jeho podstatných parametrov zvolených nami pre popis systému.
V prípade, že stavy systému možno charakterizovať iba jedným parametrom z1 (napríklad vzdialenosť od miesta odchodu vlaku pohybujúceho sa po danej trase), potom bude fázový priestor jednorozmerný a zobrazí sa ako časť osi z.
Ak je stav systému charakterizovaný dvoma parametrami z1 a z2 (napríklad pohyb auta, vyjadrený uhlom vzhľadom k určitému smeru a rýchlosťou jeho pohybu), potom bude fázový priestor dvojrozmerný.
V prípadoch, keď je stav systému popísaný 3 parametrami (napríklad ovládanie rýchlosti a zrýchlenia), bude reprezentovaný bodom v trojrozmerný priestor, a trajektóriou systému bude priestorová krivka v tomto priestore.
Vo všeobecnom prípade, keď je počet parametrov charakterizujúcich systém ľubovoľný a ako vo väčšine zložitých ekonomických systémov je výrazne väčší ako 3, geometrická interpretácia stráca na prehľadnosti. Geometrické názvoslovie však v týchto prípadoch zostáva vhodné na popis stavu a pohybu systémov v takzvanom n-rozmernom alebo viacrozmernom fázovom priestore (hyperpriestore).
Počet nezávislých parametrov systému sa nazýva počet stupňov voľnosti alebo variácie systému.
V reálnych prevádzkových podmienkach systému a jeho parametre (fázové súradnice) sa spravidla môžu meniť len v určitých obmedzených medziach. Rýchlosť auta je teda obmedzená od 0 do 200 km za hodinu, teplota človeka je obmedzená z 35 stupňov na 42 atď.
Nazýva sa oblasť fázového priestoru, za ktorú reprezentujúci bod nemôže ísť oblasť prípustných stavov systému. Pri výskume a navrhovaní systémov sa vždy vychádza z toho, že systém je v rozsahu svojich prípustných stavov.
Ak reprezentujúci bod presahuje túto oblasť, hrozí zničenie celistvosti systému, možnosť jeho rozpadu na prvky, narušenie existujúcich väzieb, teda úplné zastavenie jeho fungovania ako daného systému.
Oblasť prípustných stavov, ktorú možno nazvať oblasťou systému, zahŕňa všetky druhy fázových trajektórií, to znamená línie správania systémov. Súbor fázových trajektórií je tzv fázový portrét dynamický systém. Vo všetkých prípadoch, keď parametre systému môžu nadobudnúť akékoľvek hodnoty v určitom intervale, to znamená, že reprezentujúci bod sa plynule mení, ktorý sa môže nachádzať v ktoromkoľvek bode v rámci prípustných stavov, pričom ide o tzv. takzvaný spojitý stavový priestor. Existuje však veľké množstvo technických, biologických a ekonomických systémov, v ktorých množstvo parametrov – súradníc – môže nadobúdať iba diskrétne hodnoty.
Len diskrétne možno merať počet strojov v dielni, počet určitých orgánov a buniek v živom organizme atď.
Stavový priestor takýchto systémov je potrebné považovať za diskrétny, preto ich bod reprezentujúci stav takéhoto systému nemôže byť umiestnený na žiadnom mieste v oblasti prípustných stavov, ale iba v určitých pevných bodoch tejto oblasti. Zmena stavu takýchto systémov, teda ich pohyb, bude interpretovaná skokmi reprezentujúceho bodu z jedného stavu do druhého, do tretieho atď. V súlade s tým bude mať trajektória pohybu reprezentujúceho bodu diskrétny, prerušovaný charakter.
Molekulárny kinetický prístup. Molekulárna fyzika je založená na dvoch hlavných princípoch:
akékoľvek teleso - pevné, kvapalné alebo plynné - pozostáva z izolovaných častíc, ktoré nazývame molekuly (atómy, ióny atď.);
častice akejkoľvek látky sú v náhodnom chaotickom pohybe, ktorý pri absencii vonkajších silových vplyvov nemá žiadny preferenčný smer. Tento pohyb sa nazýva tepelný, keďže jeho intenzita určuje teplotu látky.
V prvom odseku sú ako častice, z ktorých môže látka pozostávať, okrem elektricky neutrálnych atómov a molekúl uvedené aj elektricky nabité častice – ióny. V prvom rade ide o veľmi dôležitý prípad plazmatického stavu hmoty. Podľa dostupných odhadov je približne 95 % viditeľnej hmoty vo vesmíre v stave plazmy. Okrem toho v roztokoch - napríklad kuchynská soľ vo vode - rozpustená látka existuje vo forme iónov a ďalej kovy sú súborom kladných iónov oscilujúcich okolo rovnovážnych polôh (uzly kryštálovej mriežky) a voľných elektrónov tvoriacich elektrónový plyn. . V budúcnosti bude hlavná pozornosť venovaná „obyčajnému“ stavu hmoty, kedy sú častice, ktoré tvoria jej častice, elektricky neutrálne, ako špeciálny stav hmoty, roztokov a kovov. v náhodnom chaotickom pohybe, ktorý pri absencii vonkajších silových vplyvov nemá žiadny preferenčný smer." V tejto súvislosti si všimnime nasledovné: v anizotropných kryštáloch sú preferované smery v dôsledku interakcie častíc tvoriacich kryštál. a nesúvisiace s vonkajšími silovými poľami Uvažovanie o tomto druhu situácií presahuje rámec tejto kapitoly.
Molekulárna kinetická teória si kladie za cieľ interpretovať tie vlastnosti látky, ktoré sú priamo experimentálne pozorované (viskozita, tepelná vodivosť atď.), ako celkový výsledok pôsobenia molekúl. Pri tom využíva štatistickú metódu, pričom sa nezaujíma o pohyb každej jednotlivej molekuly, ale iba o také priemerné hodnoty, ktoré charakterizujú pohyb a interakciu celej sady molekúl. Molekulárno-kinetická teória pracuje so základnými fyzikálnymi zákonmi mikroskopické úroveň - zákony klasickej mechaniky, elektrodynamiky atď. Preto je schopný predpovedať hodnoty mnohých fyzikálnych parametrov systému na základe, ako sa hovorí, prvých princípov. V tejto kapitole sa budeme zaoberať odvodením známych zákonov pre ideálne plyny na základe molekulárnej kinetickej teórie.
Stav systému. V ktoromkoľvek odvetví fyziky sa štúdium javov začína identifikáciou súboru telies, ktorý je tzv systém.
Predstavme si napríklad plyn (systém) v uzavretom valci pod piestom (médium), obr. 1.1.
Ryža. 1.1. Plyn v uzavretom valci pod piestom
Zmenou polohy piestu alebo teploty stien valca sa mení stav systému.
Stav takýchto jednoduchých systémov, ako je plyn, je charakterizovaný nasledujúcimi makroskopickými parametrami: objem, tlak, teplota . Prirodzene potrebujeme aj parametre, ktoré definujú systém – jeho hmotnosť m,relatívna molekulová hmotnosť M(alebo mólová hmota m).
Celkom, štyri hodnoty: objem , tlak , teplota, hmotnosť. Alebo za predpokladu známej hmotnosti mólu látky systému počet mólov. Ak je systém zmesou rôznych látok, potom je potrebné pridať relatívne koncentrácie zložiek zmesi: 
, tu je hmotnosť látky. Je zrejmé, že v druhom prípade nie sú štyri parametre, ale viac.
Pripomeňme si to
Iná - ekvivalentná - definícia krtka znie:
Všimnite si, že moderná definícia Avogadrovho čísla uvádza, že Avogadrovo číslo sa rovná počtu atómov izotopu 12. C obsiahnuté v 0,012 kilogramoch uhlíka-12. Krtka teda možno definovať takto:
Pri riešení problémov hodnoty relatívnej molekulovej hmotnosti M prvky sú prevzaté z periodickej tabuľky. Molová hmotnosť sa dá ľahko vypočítať:
Napríklad na zlato
Pre zložité látky je potrebné vykonať jednoduché aritmetické operácie, napríklad pre oxid uhličitý:
Všeobecne povedané, systémové parametre ako tlak, teplota, hustota hmoty 
môže mať v rôznych bodoch rôzny význam. V tomto prípade systému ako celku nemožno priradiť určité hodnoty týchto parametrov; nerovnovážny stav.
Skúsenosti však ukazujú, že ak sa vonkajšie podmienky nezmenia, systém nakoniec príde rovnovážny stav:
tlaky a teploty jeho jednotlivých častí sa vyrovnávajú, takže parametre systému nadobúdajú určité hodnoty, ktoré zostávajú konštantné na neurčito. V tomto prípade musia byť vonkajšie podmienky také, aby v systéme nedochádzalo k prenosu hmoty, energie, hybnosti a pod.
Pre jednoduchosť uvažujme systém, ktorého celková hmotnosť je nezmenená, jeho zloženie a relatívne koncentrácie jeho zložiek sú nezmenené. K tomu dochádza napríklad vtedy, keď v systéme neprebiehajú žiadne chemické reakcie. Pri všeobecnejšom prístupe: v systéme neexistujú žiadne procesy vytvárania a ničenia jeho základných častíc. Napríklad reakcia tvorby molekúl vody z molekúl kyslíka a vodíka
možno považovať za proces deštrukcie častíc a zrodu častíc. V niektorých prípadoch, napríklad v plyne fotónov (tepelné žiarenie), je prítomnosť procesov tvorby a deštrukcie častíc zásadne dôležitá.
Ďalšie informácie
http://www.femto.com.ua/articles/part_2/4471.html - Fyzická encyklopédia. Chemický potenciál: fyzikálna veličina potrebná na opis vlastností termodynamických systémov s premenlivým počtom častíc;
http://www.femto.com.ua/articles/part_1/0017.html - Fyzická encyklopédia. Avogadrov zákon;
http://marklv.narod.ru/mkt/mkt.htm - Školská hodina s obrázkami o molekulárnej kinetickej hypotéze;
Ako sa ukáže neskôr, na úplný opis rovnovážneho stavu takéhoto systému stačia iba tri parametre: . Navyše, ak je stav rovnovážny, potom medzi týmito tromi parametrami existuje súvislosť: dané dva parametre systému (napríklad jeho teplota a objem) jednoznačne určujú tretí (v tomto prípade tlak). Matematicky možno tento vzťah charakterizovať stavová rovnica systému
,
kde je konkrétny typ funkcie F závisí od vlastností systému. Príkladom je rovnice Clapeyron - Mendelejev za dokonalé resp van der Waals pre neideálne plyny (tieto rovnice budú diskutované nižšie).
Teda pri rovnovážny systém s konštantnou hmotnosťou, zložením a relatívnymi koncentráciami jeho zložky – v budúcnosti to nebudeme zakaždým špecifikovať – Existujú iba dva nezávislé parametre a jeho rovnovážny stav možno graficky znázorniť bodom v rovine (obr. 1.2), kde sú ľubovoľné dva z troch parametrov vynesené pozdĺž osí - , alebo :
Ryža. 1.2. Rovnovážne stavy systému na diagramoch (p, V), (p, T) a (V, T)
|
Proces je akýkoľvek prechod systému z jedného stavu do druhého. |
Proces je vždy spojený s porušením termodynamickej rovnováhy stavu systému. Termodynamicky rovnovážnym stavom v súčasnosti stačí chápať stav, v ktorom chýbajú všetky možné procesy výmeny energie: 1) žiadny zo subsystémov systému nevykonáva prácu na iných subsystémoch; 2) žiadny zo subsystémov systému si nevymieňa teplo s inými subsystémami systému; 3) žiadny zo subsystémov systému nevymieňa častice s inými subsystémami systému. Ako sa ukáže neskôr, iné typy výmeny energie v bežných (v ktorých neexistujú procesy tvorby a ničenia častíc) neexistujú. Z toho v konečnom dôsledku vyplýva, že na opísanie termodynamicky rovnovážneho stavu jednozložkového systému stačí špecifikovať iba tri nezávislé parametre (napríklad: počet častíc, objem a vnútornú energiu).
Ak sa stav systému časom zmení, potom v systéme prebieha nejaký proces. Opak, všeobecne povedané, neplatí: stav systému sa nemusí meniť, hoci v ňom prebieha proces - stacionárny, ale nerovnovážny stav systému. Napríklad počas stacionárneho procesu prenosu tepla je stav systému nerovnovážny, hoci zostáva nezmenený v tom zmysle, že rozloženie teploty, tlaku, hustoty atď. v celom objeme systému sa nemenia.
S nekonečne pomalým procesom môžeme predpokladať, že v každom danom časovom okamihu je stav systému rovnovážny. Fyzikálne to znamená, že charakteristický čas procesu je oveľa dlhší ako čas potrebný na vytvorenie rovnováhy v systéme, ktorý sa tiež nazýva relaxačný čas. . Tento proces sa nazýva rovnovážny proces.
Je zrejmé, že rovnovážny proces je ďalšou idealizáciou. Aby sa proces mohol považovať – s určitou konečnou presnosťou – za rovnovážny, je potrebné, aby nerovnosť
a čím lepšie sa vykonáva, tým je proces bližšie k rovnováhe.
Rovnovážny proces si možno predstaviť ako postupnosť rovnovážnych stavov. V budúcnosti sa budú skúmať iba rovnovážne procesy (pokiaľ nie je konkrétne uvedené inak).
Keďže stav systému je znázornený bodom na diagrame a proces je sekvenciou rovnovážnych stavov, je takýto proces na diagrame znázornený čiarou. Každý bod na priamke je podmienene rovnovážny medzistav systému. Rovnovážny proces je proces reverzibilné, to znamená, že môže prúdiť v opačnom smere, pričom prechádza cez rovnaké medzistavy v opačnom poradí, bez toho, aby v okolitých telesách zostali akékoľvek zmeny.
Prirodzene, potom by v systéme nemali pôsobiť žiadne sily podobné trecím silám. Nižšie sa zoznámime s diagramami popisujúcimi niektoré charakteristické procesy v termodynamických systémoch.
Keď poznáme stav systému, môžeme nájsť rôzne štátne funkcie - fyzikálne vlastnosti, ktoré závisia iba od stavu systému, to znamená, že nadobúdajú rovnaké hodnoty vždy, keď sa systém ocitne v danom stave, bez ohľadu na jeho predchádzajúcu históriu.
Teplota. Každý systém má určitú rezervu vnútornej energie, nesúvisí s polohou alebo pohybom systému ako celku vzhľadom na vonkajšie prostredie. O vnútornej energii si povieme podrobnejšie, no zatiaľ nám stačí intuitívne pochopenie, že ak hodíme vajíčko nejakou rýchlosťou, neuvaríme ho, hoci sa kinetická energia vajíčka zvýši. Ak chcete uvariť vajíčko namäkko, nemusíte ho hádzať, ale zohrievať.
Na kvantitatívnu charakterizáciu vnútornej energie sa zavádza pojem teplota. Osobitné miesto medzi fyzikálnymi veličinami zaujíma teplota. Prax ukazuje, že charakterizuje stav tepelnej rovnováhy telies. Ak privediete do kontaktu dve telesá s rôznymi teplotami, potom v dôsledku interakcie medzi molekulami si tieto telesá vymieňajú energiu. Po určitom čase sa teploty vyrovnajú a prenos tepla sa zastaví a nastane tepelná rovnováha. Stav tepelnej rovnováhy je stav, do ktorého v priebehu času prechádza akýkoľvek izolovaný systém.
Bežné metódy určovania teploty sú založené na závislosti množstva vlastností telies (objem, tlak atď.) od nej. V tomto prípade sa zvolí termometrické teleso a stupnica teplotnej stupnice. Najbežnejšia je stupnica Celzia (stupnica Celzia, obr. 1.3).
Ryža. 1.3. Stupnica Celzia
Úsek tejto stupnice medzi bodom tuhnutia (kryštalizácia vody alebo, čo je to isté, topenie ľadu) a bodom varu vody pri normálnom atmosférickom tlaku je rozdelený na 100 rovnakých častí. Táto časť je tzv stupne Celzia(označené t °C). Teplota kryštalizácie vody teda zodpovedá 0 °C a bod varu - 100 °C. Zdôrazňujeme, že obe pri normálnom tlaku 760 mm Hg. čl. V USA používajú aj stupnicu Fahrenheita (označ t °F). Za nulu svojej stupnice si Fahrenheit zvolil najnižšiu teplotu, ktorú dokázal vo svojom laboratóriu reprodukovať – teplotu topenia zmesi soli a ľadu. Bod tuhnutia vody v tejto stupnici zodpovedá teplote 32°F a bod varu - 212 °F. Tento interval nie je rozdelený na sto, ale na 180 častí (podobne ako uhlové stupne). Preto je stupeň Fahrenheita menší ako stupeň Celzia (faktor 100/180 = 5/9 ). Vzťah medzi teplotami v týchto dvoch mierkach je daný vzorcami
Ryža. 1.4. Korešpondencia medzi stupnicami
Vo fyzike používajú termodynamickú (starý názov: absolútna) teplotnú stupnicu (Kelvinova stupnica), ktorá nezávisí od termometrického telesa, ale je stanovená na základe zákonov termodynamiky.
V súčasnosti je jeden kelvin definovaný takto: kelvin je jednotka termodynamickej teploty rovnajúca sa časti termodynamickej teploty trojného bodu vody. Trojitý bod vody bol zvolený namiesto jej bodu varu, pretože teplota trojného bodu je nezávislá od tlaku a je určená presnejšie. Na stupnici Celzia trojitý bod vody zodpovedá teplote. Hodnota jedného kelvina (označeného K) je rovnaká ako hodnota stupňa Celzia. Ak vezmeme do úvahy uvedený rozdiel 0,01 kelvina, na porovnanie teplôt na termodynamickej stupnici a stupnice Celzia, získame
Príklady charakteristických teplôt v prírode sú na obr. 1.5.
Ryža. 1.5. Teplota rôznych fyzikálnych procesov
Ďalšie informácie
http://kvant.mirror1.mccme.ru/1990/08/temperatura_teplota_termometr.htm - časopis Kvant, 1990 č. 8, s. 10 – 19, A. Kikoin, Teplota, teplo, teplomer;
Vyznáte sa vo fyzike? Knižnica "Quantum", číslo 82, Science, 1992. Stránka 130, otázky 113, 115 o rovnomernosti teplotných škál (odpoveď na s. 136–138);
http://ilib.mirror1.mccme.ru/djvu/bib-kvant/kvant_82.htm - Perelman Ya.I. - Vieš fyziku? Knižnica "Quantum", číslo 82, Science, 1992. Stránka 130, otázka 112: pôvod teplotnej stupnice Fahrenheit (odpoveď nájdete na stranách 135–136);
http://www.femto.com.ua/articles/part_2/4070.html - Fyzická encyklopédia. Sú popísané prístroje na meranie teplôt od najvyššej po najnižšiu.
Ryža. 1.6. Termogram šálky horúceho čaju
Sústavou telies alebo jednoducho sústavou budeme nazývať súhrn uvažovaných telies. Príkladom systému je kvapalina a para, ktoré sú s ňou v rovnováhe. Systém môže pozostávať najmä z jedného telesa.
Každý systém môže byť v rôznych stavoch, líšia sa teplotou, tlakom, objemom atď. Také veličiny, ktoré charakterizujú stav systému, sa nazývajú stavové parametre.
Nie vždy má nejaký parameter špecifickú hodnotu. Ak napríklad teplota v rôznych bodoch telesa nie je rovnaká, potom telesu nemožno priradiť určitú hodnotu parametra T. V tomto prípade sa stav nazýva nerovnovážny. Ak je takéto teleso izolované od ostatných telies a ponechané samo sebe, potom sa teplota vyrovná a nadobudne rovnakú hodnotu T pre všetky body – teleso prejde do rovnovážneho stavu. Táto hodnota T sa nemení, kým nie je teleso vyvedené z rovnovážneho stavu vonkajším vplyvom.
To isté môže platiť aj pre iné parametre, napríklad tlak. Ak vezmete plyn uzavretý vo valcovej nádobe uzavretej tesne priliehajúcim piestom a začnete piestom rýchlo pohybovať, vytvorí sa pod ním plynový vankúš, ktorého tlak bude väčší ako vo zvyšku objemu plynu. . V dôsledku toho plyn v tomto prípade nemôže byť charakterizovaný určitou hodnotou tlaku a jeho stav bude nerovnovážny. Ak však prestanete piestom pohybovať, tlak v rôznych bodoch objemu sa vyrovná a plyn prejde do rovnovážneho stavu.
Proces prechodu systému z nerovnovážneho stavu do rovnovážneho stavu sa nazýva relaxačný proces alebo jednoducho relaxácia. Čas strávený takýmto prechodom sa nazýva relaxačný čas. Relaxačný čas sa považuje za čas, počas ktorého sa počiatočná odchýlka akejkoľvek hodnoty od rovnovážnej hodnoty zníži o faktor. Každý parameter systému má svoj vlastný relaxačný čas. Najdlhší z týchto časov hrá úlohu relaxačného času systému.
Rovnovážny stav systému je teda stav, v ktorom všetky parametre systému majú určité hodnoty, ktoré zostávajú konštantné za konštantných vonkajších podmienok po ľubovoľne dlhú dobu.
Ak nakreslíme hodnoty ľubovoľných dvoch parametrov pozdĺž súradnicových osí, potom akýkoľvek rovnovážny stav systému môže byť reprezentovaný bodom na súradnicovej rovine (pozri napr. bod 1 na obr. 81.1). Nerovnovážny stav nie je možné znázorniť týmto spôsobom, pretože aspoň jeden z parametrov nebude mať v nerovnovážnom stave určitú hodnotu.
Akýkoľvek proces, teda prechod systému z jedného stavu do druhého, je spojený s porušením rovnováhy systému. V dôsledku toho, keď sa v systéme vyskytne akýkoľvek proces, prechádza cez sekvenciu nerovnovážnych stavov. S odvolaním sa na už uvažovaný proces stláčania plynu v nádobe uzavretej piestom môžeme konštatovať, že nerovnováha pri pohybe piestu je tým výraznejšia, čím rýchlejšie je plyn stlačený. Ak pohybujete piestom veľmi pomaly, potom je rovnováha mierne narušená a tlak v rôznych bodoch sa len málo líši od nejakej priemernej hodnoty. V limite, ak kompresia plynu prebieha nekonečne pomaly, plyn v každom časovom okamihu bude charakterizovaný určitou hodnotou tlaku. V tomto prípade je teda stav plynu v každom časovom okamihu rovnovážny a nekonečne pomalý proces bude pozostávať zo sekvencie rovnovážnych stavov.
Proces pozostávajúci z nepretržitého sledu rovnovážnych stavov sa nazýva rovnovážny alebo kvázistatický. Z uvedeného vyplýva, že len nekonečne pomalý proces môže byť rovnovážny.
Ak prebiehajú dostatočne pomaly, skutočné procesy sa môžu priblížiť k rovnováhe tak blízko, ako si želáte.
Rovnovážny proces sa môže uskutočniť v opačnom smere a systém bude prechádzať rovnakými stavmi ako počas procesu dopredu, ale v opačnom poradí. Preto sa rovnovážne procesy nazývajú aj reverzibilné.
Reverzibilný (t. j. rovnovážny) proces je možné znázorniť na súradnicovej rovine príslušnej krivky (pozri obr. 81.1). Ireverzibilné (t.j. nerovnovážne) procesy budeme konvenčne zobrazovať bodkovanými krivkami.
Proces, pri ktorom sa systém po sérii zmien vráti do pôvodného stavu, sa nazýva kruhový proces alebo cyklus. Graficky je cyklus znázornený uzavretou krivkou.
Pojmy rovnovážny stav a reverzibilný proces hrajú dôležitú úlohu v termodynamike. Všetky kvantitatívne závery termodynamiky sú striktne aplikovateľné len na rovnovážne stavy a reverzibilné procesy.
Načítava...
