Термомеханический эффект, индуцированный корреляциями неравновесных флуктуаций

В линейной термодинамике тепловые флуктуации не играют заметной роли и входят только в небольшие поправки, которыми, как правило, можно пренебречь. В нелинейных неравновесных системах роль флуктуации значительно возрастает. В сильно неравновесных системах флуктуации могут усиливаться и приводить к возникновению неравновесных диссипативных структур. Кроме того, флуктуации могут быть причиной качественно новых эффектов, отсутствующих в линейном приближении. Например, в нелинейной электрической цепи возможно появление постоянного электрического тока, индуцированного разностью температур, который имеет флуктуационное происхождение и отличен от традиционной термоэдс [1]. Аналогичные эффекты возможны и в гидродинамических системах, физически они обусловлены возникновением корреляций между флуктуациями скорости жидкости, температуры и концентрации растворенных частиц, корреляций, пропорциональных отклонению от равновесного состояния. В равновесной системе, описываемой уравнениями конвективной теплопроводности, флуктуации скорости жидкости и температуры не коррелированы. Если же в системе существует градиент температуры, то из-за конвективного механизма переноса тепла возникают корреляции флуктуации температуры и скорости жидкости. Если вязкость жидкости зависит от температуры, то флуктуации температуры и скорости при усреднении по времени дают отличное от нуля среднее, что индуцирует термомеханический эффект, отсутствующий в линейном приближении.
В данной работе рассмотрены флуктуационный термомеханический и концентрационно-механический эффекты в тонких капиллярах, заполненных жидкостью, вязкость которой зависит от температуры и концентрации растворенных частиц. Для описания флуктуации используются стохастические уравнения гидродинамики и конвективной диффузии, содержащие ланжевеновские источники флуктуации.