Χρόνος και αυτοοργάνωση σε χημικά συστήματα μακριά από την ισορροπία. Χημικές ταλαντώσεις στην αντίδραση Belousov-Zhabotinsky.

Τσάκωνας, Χάρης; Tsakonas, Charis

dc.contributor.author	Τσάκωνας, Χάρης	el
dc.contributor.author	Tsakonas, Charis	en
dc.date.accessioned	2017-10-11T10:13:07Z
dc.date.available	2017-10-11T10:13:07Z
dc.date.issued	2017-10-11
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/45747
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.14621
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Χρόνος	el
dc.subject	Αυτοργάνωση	el
dc.subject	Μη-γραμμική δυναμική	el
dc.subject	Χάος	el
dc.subject	Time	en
dc.subject	Self-organization	en
dc.subject	Ilya Prigogine	en
dc.subject	Non-linear dynamics	en
dc.subject	Chaos	en
dc.title	Χρόνος και αυτοοργάνωση σε χημικά συστήματα μακριά από την ισορροπία. Χημικές ταλαντώσεις στην αντίδραση Belousov-Zhabotinsky.	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Φυσικοχημεία	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-06-30
heal.abstract	Η Δ.Ε. χωρίζεται σε τρία κεφάλαια. Στο πρώτο εξ αυτών, εξιστορούμε το πώς αντιμετωπίζουν τις έννοιες του χρόνου και της αναντιστρεψιμότητας οι επιφανέστεροι αντιπρόσωποι των Φυσικών Επιστημών (με ιδιαίτερη μνεία στη Νευτώνεια Δυναμική και αναφορές στη Θερμοδυναμική, την Κβαντομηχανική και τη Σχετικιστική Φυσική) και της φιλοσοφικής σκέψης. Στη συνέχεια, αναφέρονται προεκτάσεις του 2ο θερμοδυναμικού αξιώματος και της εντροπίας που διαφοροποίησαν τον επιστημονικό τρόπο σκέψης, καταδεικνύοντας το πώς ανοιχτά συστήματα, μακριά από την ισορροπία, δύνανται να οργανωθούν. Το συμπέρασμα είναι πως η παραδοσιακή μελέτη της Θερμοδυναμικής δεν αφήνει χώρο για διακυμάνσεις, περιπλοκότητα και αυτοοργάνωση. Σκοπός μας είναι να δείξουμε πως, αντίθετα με την -προσιτή διαισθητικά- άποψη, σε συνθήκες μακριά από την ισορροπία, τα συστήματα ενδέχεται να παρουσιάζουν περίπλοκες, εξαιρετικά οργανωμένες δομές, που διατηρούνται μέσω της αλληλεπίδρασής τους με το περιβάλλον. Υπό το φως αυτών των νέων ιδεών, περιγράφουμε την αναγκαία επαναδιατύπωση των νόμων που καλούνται να περιγράψουν τη δυναμική συμπεριφορά των μη-ολοκληρώσιμων συστημάτων. Για τις ανάγκες της παρουσίασης, ο όρος-γένους «σύστημα» ταξινομείται (με κριτήριο την απόστασή του από την κατάσταση ισορροπίας) σε τρία διακεκριμένα είδη. Συστήματα σε κατάσταση ισορροπίας, συστήματα κοντά στην ισορροπία και συστήματα μακριά από την ισορροπία. Οι δύο πρώτες περιοχές εμπίπτουν στη γενική κατηγορία μελέτης των στάσιμων καταστάσεων και είναι το θέμα του δεύτερου κατά σειρά κεφαλαίου, όπου περιγράφονται τα βασικά χαρακτηριστικά της καθεμίας. Τελικό πόρισμα είναι πως, λόγω της ύπαρξης καθολικών εξελικτικών κριτηρίων και για τις δύο αυτές περιοχές, το σύστημα δεν μπορεί να εμφανίσει καμία εκ των πιθανών δομών αυτοοργάνωσης. Το τελευταίο κεφάλαιο καταπιάνεται με την τρίτη κατηγορία, τα συστήματα μακριά από την ισορροπία. Είναι η μόνη από τις τρεις περιοχές που επιτρέπει αυτοοργάνωση των συστημάτων. Αναλύονται, αρχικά, τα κεντρικά σημεία της θεωρίας των διακλαδώσεων, που αποτελεί κύριο ερμηνευτικό εργαλείο της συμπεριφοράς των συστημάτων μακριά από την ισορροπία. Στη συνέχεια, περιγράφονται οι χημικές ταλαντώσεις σε ομοιογενή συστήματα και οι κυριότεροι σταθμοί στη μέχρι τώρα πορεία τους. Φτάνοντας στο κεντρικό θέμα της Δ.Ε., την αντίδραση BZ, παρατίθενται τα ιστορικά και τεχνικά κομμάτια της αντίδρασης, ενώ μελετώνται οι απαιτήσεις για την εμφάνιση χημικών ταλαντώσεων. Όταν πρωτοεισήχθησαν, η εγκυρότητα των χημικών ταλαντώσεων αμφισβητήθηκε. Σκοπός της επόμενης παραγράφου είναι να εξηγήσει γιατί οι χημικές ταλαντώσεις δεν παραβιάζουν το 2ο θερμοδυναμικό αξίωμα. Ακολούθως, περιγράφεται ένας μηχανισμός της αντίδρασης BZ, γνωστός ως FKN, καθώς και ένα μοντέλο-σκελετός αυτού, ο Oregonator. Η επόμενη παράγραφος εξηγεί την κεφαλαιώδη σημασία που είχαν οι CSTR στην ανάπτυξη και μελέτη των χημικών ταλαντώσεων, αλλά και εν γένει των μη-γραμμικών φαινομένων. Τέλος, γίνεται απλή αναφορά στις χαρακτηριστικότερες εκ των υπολοίπων δομών έκλυσης, ενώ στον επίλογο καταγράφονται τομείς στους οποίους η μη-γραμμική δυναμική αναμένεται να διαδραματίσει σημαίνοντα ρόλο.	el
heal.abstract	The thesis is divided into three chapters. In the first of them, we recount how time and irreversibility are treated from the most notable representatives of Natural Sciences (with special allusion to Newtonian Dynamics and references to Thermodynamics, Quantum Mechanics and Relativity) and philosophy. Following, we cite some extensions of 2nd thermodynamic principle and entropy, which amended the scientific thought by illustrating how open systems, far-from-equilibrium, organize themselves. The inference we draw is that traditional Thermodynamics do not allow any room for fluctuations, complexity and self-organization. Our purpose is to indicate that, unlike the -intuitively plausible- view, in conditions far from equilibrium, systems may exhibit complex, highly organized structures, which are maintained through their interaction with the environment. Under the light of these new ideas, we describe the necessary restatement of the laws describing the dynamic behavior of non-integrable systems. For presentation needs, the generic term ‘‘system’’ is classified (using as taxonomic criterion its distance from equilibrium) in three discreet regions. Equilibrium systems, systems close-to-equilibrium and systems far-from-equilibrium. The first two regions belong to the general category of steady states and are the subject of the second chapter, where the main characteristics of each is being described. The general conclusion (of this chapter) is that due to the existence of universal evolutionary criteria on both of these regions, systems cannot exhibit any of the possible self-organized structures. The last chapter is devoted to the third category; systems-far-from equilibrium. This is the only out of the three regions, which allows self-organization. Firstly, the central points of theory of bifurcations are treated. Theory of bifurcations is an important explanatory tool of the behavior of systems far-from-equilibrium. Afterwards, chemical oscillations in homogeneous systems are being described, alongside the main landmarks in their development up to now. Arriving at the gist of the thesis, Belousov-Zhabotinsky reaction, we mention its historic and technical parts, while investigating the necessary conditions for chemical oscillations to appear. When they were introduced, chemical oscillations met with scepticism. The next paragraph aims to explain why chemical oscillations do not violate the 2nd thermodynamic principle. Following, a mechanism of the reaction, known as FKN, is described, alongside a simplifying model of it, Oregonator. The next paragraph explains the consequential importance of CSTR for the development and further investigation of chemical oscillations and non-linear phenomena in general. After all, we bear mention to the most characteristic of the remaining dissipative structures, while in the epilogue we cite some fields that non-linear dynamics is about to play an influential role.	el
heal.advisorName	Καραγιάννη, Χάιδω-Στεφανία	el
heal.committeeMemberName	Καραντώνης, Αντώνης	el
heal.committeeMemberName	Καραγιάννη, Χάιδω-Στεφανία	el
heal.committeeMemberName	Ταούκης, Πέτρος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.fullTextAvailability	true