1. Все тела состоят из огромного числа мельчайших частиц (молекул и атомов);
2. Между ними существуют силы притяжения и отталкивания;
3. Температура тела определяется кинетической энергией движения молекул и наоборот (Броуновское движение) т. е. Eк = f(T).
Связь между температурой тела и кинетической энергией молекул четко сформулировал Л. Больцман (для идеального газа): Eк = (3/2)∙kБ∙T, где kБ=1,38∙1023 Дж/К, Т – термодинамическая температура, измеряемая в кельвинах.
Термодинамика формировалась, как феноменологическая наука. Это значит, что было сделано много технических открытий: разработка тепловых, паровых машин, а теоретическое обоснование запаздывало. Первые теоретические сведения были заявлены Фурье. Основой его теории было уравнение теплопроводности (или основное уравнение теплоты), выражающее характер взаимодействия более и менее нагретых тел. Суть в том, что тепло передается от горячих тел холодным.
Все основные законы термодинамики называются началами.
I. Нулевое начало: «Температура – функция состояния равновесия». (Если в каждой точке системы температура постоянна, то наступает тепловое или термодинамическое равновесие) Пример: температура трупа.
По этому началу можно определять живое и неживое. В живых системах всегда неравновесие, а в неживых – равновесие.
II. Первое начало термодинамики – закон сохранения энергии в термодинамике: «Количество теплоты, подведенное к системе, расходуется на изменение внутренней энергии и совершение работы этой системой»:
ΔQ = ΔU + A,
где ΔQ – количество теплоты, подведенное к системе;
ΔU – изменение внутренней энергии;
А – работа, совершаемая самой системой.
Следствие из первого начала термодинамики: невозможно создание вечного двигателя первого рода (Это такой двигатель, у которого коэффициент полезного действия (КПД), выражающийся как отношение полезной энергии (теплоты) к затраченной энергии, больше единицы)
III. Второе начало термодинамики (принцип возрастания энтропии, он же – принцип рассеяния энергии): «В изолированных системах при реальных (необратимых) процессах энтропия S всегда возрастает (ΔS > 0), а при идеальных процессах (обратимых) энтропия остается неизменной (ΔS = 0):
ΔS≥ 0.
Энтропия (с греч. – превращение) – мера хаоса или неупорядоченности системы. Второе определение понятия «энтропия»: мера рассеяния энергии.
Формулы для определения энтропии или её изменения:
1) по Клаузиусу: ΔS = ΔQ/Tравновесия
2) по Больцману: S = kБ ∙ln W, где W – термодинамическая вероятность (количество способов, которыми может воспользоваться система для того, чтобы перейти из одного состояния в другое или количество микросостояний между двумя макросостояниями).
Существует еще одна формулировка второго начала термодинамики (оно отражает суть основного уравнения теплоты): «Тепло необратимо переходит от более нагретых тел к менее нагретым телам».
В изолированной системе живой объект не сможет выжить, он придет к смерти (хаосу).
Следствие из второго начала термодинамики:
1. Все упорядоченные формы энергии переходят частично в работу и частично в тепло – низкокачественную хаотичную легко рассеиваемую форму энергии;
2. Невозможно создание вечного двигателя второго рода, у которого КПД = 1;
3. Невозможна тепловая смерть Вселенной, которую предсказывали ученые в XIX веке (они считали Вселенную – изолированной системой, что в настоящее время опровергнуто). В XX веке американский ученый Э. Хаббл экспериментально доказал, что Вселенная расширяется, что показывает ее открытость.
IV. Третье начало термодинамики (принцип недостижимости абсолютного нуля) или Теорема Нернста – Планка: «При абсолютном нуле невозможно протекание каких-либо природных процессов».
Абсолютный нуль – температура, при которой отсутствует тепловое движение молекул (т. е. кинетическая энергия молекул равна нулю). Энтропия при этой температуре тоже равна нулю.
Тема 6. Время и пространство
в механистической и эволюционной моделях
Гераклит утверждал, что все в мире существует в пространстве и во времени. Пространство по Левкиппу и Демокриту (Древняя Греция) состоит из атомов и пустоты. Пространство (по Аристотелю) не терпит пустоты. Как видно, определения понятия пространства Античной эпохи достаточно противоречивы.
Время и пространство (по И. Ньютону – механистическая модель) – могут быть абсолютными, т. е. существовать независимо от материи.
Время и пространство – формы существования бесконечно развивающейся материи (по А. Эйнштейну в современном естествознании) или атрибуты существования материи т. е. её неотъемлемые свойства. Причем пространство и время – категории относительные и вместе представляют собой единую четырехмерную структуру (континуум).
Время – это нечто, с помощью чего можно выстроить последовательную цепь событий.
Свойства времени
|
Время в механистической (консервативной) модели |
Реальное время (время в эволюционной т. е. диссипативной модели) |
|
1. Время как мера длительности (промежуток времени какого-то процесса) |
|
|
2.–– –– –– –– –– –– –– –– –– –– –– –– Исторический аспект времени отсутствует (здесь нет строгой направленности, время может идти как от прошлого к будущему, так и наоборот). Т. е. в этой модели время однородно. |
2. Время как исторический аспект (строгая направленность времени от прошлого к будущему – некоторая «стрела времени» по Артуру Эддингтону) |
|
3. .–– –– –– –– –– –– –– –– –– –– –– –– Этот аспект времени также отсутствует, т. к. есть своя мера устойчивости – масса, которая влияет на инертность материальной точки, и в конечном счете, на её устойчивость |
3. Время – мера устойчивости (Кто больше просуществовал – тот более устойчивый, например, фашисткая Германия просуществовала меньше чем Римская империя) |
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.