nietevenwichtthermodynamica

Niet-evenwichtthermodynamica is de tak van de thermodynamica die zich bezighoudt met processen die buiten thermisch evenwicht plaatsvinden. In deze processen drijven gradaties in temperatuur, chemisch potentiaal of druk fluxen van energie en materie en vindt voortdurende entropieproductie plaats. Het onderwerp bestrijkt zowel macroscopiche systemen als microscopische beschrijvingen van irreversibele processen.

In veel systemen geldt een lokaal evenwichtbegrip: op korte lengten schalen kan elk klein gebied zich gedragen alsof het in evenwicht verkeert, terwijl er op macroniveau stromen en veranderingen bestaan. Kernbegrippen zijn onder meer de fluxen J_i en de thermodynamische krachten X_i, waarbij de entropieproductie sigma = sum_i J_i X_i gelijk of groter dan nul is. In het nabije evenwicht of lineaire regime zijn fluxen lineair afhankelijk van de krachten: J_i = sum_j L_ij X_j, met Onsager-relaties L_ij = L_ji.

In situaties ver van het evenwicht ontstaan niet-lineaire effecten, vermogen van dissipatieve structuren en zelforganisatie, zoals beschreven door de theorie van dissipatieve structuren van Prigogine. De niet-equilibrium beschouwingen zijn uitgebreid met stochastische en statistische benaderingen, waaronder master equations en Fokker-Planck-equaties, en met fluctuatietheorieën die de relatie tussen microreversibiliteit en macroniveau entropieproductie verduidelijken.

Toepassingen segmenteren een breed terrein: chemische reactie-diffusie systemen, elektrochemie en transport in halfgeleiders, biologie (metabolisme en transportprocessen), klimaat en milieu, en materialenkunde. Het veld biedt kader voor beschrijven, voorspellen en controleren van systemen die voortdurend buiten evenwicht verkeren.