La termodinámica irreversible extendida es una rama de la termodinámica de no equilibrio que va más allá de la hipótesis del equilibrio local de la termodinámica irreversible clásica . El espacio de variables de estado se amplía al incluir los flujos de masa, momento y energía y, eventualmente, flujos de orden superior. El formalismo es muy adecuado para describir procesos de alta frecuencia y materiales a pequeña escala.
Durante las últimas décadas se han realizado muchos esfuerzos para generalizar las leyes clásicas de Fourier (conducción de calor), Fick (difusión de materia), Newton (flujos viscosos) y Ohm (transporte eléctrico). De hecho, la tecnología moderna tiende hacia dispositivos miniaturizados, procesos de alta frecuencia y fuertemente no lineales que requieren un nuevo enfoque conceptual. Se han desarrollado varias clases de teorías con este objetivo y una de ellas, conocida bajo el título de Termodinámica Irreversible Extendida (EIT), ha suscitado un interés creciente y particular. La paternidad de la EIT se remonta a James Clerk Maxwell , quien en 1867 [ cita requerida ] introdujo términos derivados del tiempo en las ecuaciones constitutivas de los gases ideales .
La idea básica que subyace a la EIT es elevar al estado de variables independientes la energía interna, la materia, el momento y los flujos eléctricos en desequilibrio. La elección de los flujos como variables tiene sus raíces en la teoría cinética de los gases de trece momentos de Grad, que por lo tanto proporciona la base natural para el desarrollo de la TIE. La principal consecuencia de la selección de flujos como variables de estado es que las ecuaciones constitutivas de Fourier, Fick, Newton y Ohm son reemplazadas por ecuaciones de evolución temporal de primer orden que incluyen memoria y efectos no locales. La selección de los flujos como variables no es un mero acto arbitrario si se recuerda que en la vida cotidiana los flujos pueden desempeñar un papel principal [ cita necesaria ] como por ejemplo en el control del tráfico (flujo de automóviles), la economía (flujo de dinero ) y la World Wide Web (flujo de información).
La EIT puede verse como la extensión natural de la Termodinámica Clásica Irreversible (CIT).
Desarrollado principalmente por la escuela belga-holandesa dirigida por I. Prigogine, trabajando sobre una hipótesis simple de equilibrio termodinámico local, el CIT supone la existencia de leyes de campo del tipo difusión. Matemáticamente, se trata de ecuaciones diferenciales parciales parabólicas . Implican que una perturbación aplicada localmente se propaga a velocidad infinita a través del cuerpo. Esto contradice tanto la evidencia experimental como el principio de causalidad. Este último requiere que un efecto venga después de la aplicación de su causa.
En EIT, se abandona la idea del equilibrio termodinámico local. A diferencia de CIT, las ecuaciones de campo de EIT son hiperbólicas y evitan la paradoja de las señales que se mueven a velocidad infinita.
La gama de aplicaciones de la EIT no se limita a situaciones cercanas al equilibrio, sino que abarca varios dominios que incluyen:
efectos de memoria (procesos rápidos, polímeros , superfluidos ),
efectos no locales (micro y nanomateriales ),
efectos no lineales. efectos (altas potencias, ondas de choque ).
Sin embargo, la discusión no está cerrada. Varias cuestiones fundamentales como la definición de la entropía y de la temperatura en desequilibrio, el estado de la segunda ley de la termodinámica y la elección unívoca de las variables de estado reciben sólo respuestas parciales y exigen respuestas más definitivas.
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