рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры
- Раздел Образование
- /
- Термодинамика
Реферат Курсовая Конспект
Термодинамика
Термодинамика - раздел Образование, КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ Удивительная Способность Живых Организмов Поддерживать На Определенном Уровне...
Удивительная способность живых организмов поддерживать на определенном уровне состояние своего внутреннего порядка – есть не что иное, как борьба с накоплением энтропии, борьба с вырождением материи. Но это не есть нарушение Второго Начала термодинамики, как полагают некоторые исследователи, поскольку самоорганизация жизненных форм зиждется на поглощении солнечной энергии.
Один из создателей атомной физики Э. Шредингер (1887-1961) в своей книге: “Что такое жизнь с точки зрения физики?” писал, что средство, при помощи которого живой организм поддерживает себя постоянно на достаточно высоком уровне упорядоченности (на достаточно низком уровне энтропии) в действительности состоит в непрерывном извлечении упорядоченности из окружающей среды.
То есть, наиболее эффективным способом преодоления энтропии является живое вещество, а сверхэффективным – разумное. Но надо помнить, что разумная деятельность человека приводит и к рассеянию энергии и металлов в биосфере, что увеличивает энтропию. Следовательно, проблема экологии – это проблема борьбы с энтропией, возрастающей за счет бесхозяйственной деятельности человека. Если бы человек соизмерял свои потребности в ресурсах с возможностями саморегуляции биосферы, он способствовал бы сдерживанию роста энтропии.
В природе наряду с явлениями, ведущими к росту энтропии, происходят и явления противоположные, при которых энтропия в некоторой области пространства самопроизвольно уменьшается, хотя и за счет ее возрастания в других областях. Пример этого дают процессы самоорганизации. Это подтверждается открытием Белоусова-Жаботинского так называемых “автокаталитических” (самоповторяющихся) химических реакций. Развивается особое направление в науке – термодинамика неравновесных процессов, изучающая незамкнутые, диссипативные системы, которые в результате внешних воздействий оказались в состояниях, далеких от равновесных. В них могут спонтанно возникать новые типы структур, происходить переходы от “хаоса” к “порядку”, формироваться новые динамические состояния. Это особенно важно для объяснения концентраций минералов и руд в земной коре из рассеянного состояния.
Энтропия
Сущность состояния любой системы определяется ее внутренней энергией. На вопрос о том, как происходит процесс передачи энергии от одной системы к другой отвечает первый закон (первое начало) термодинамики – закон сохранения и превращения энергии.
Первое начало термодинамики. Его сущность связана с внутренней энергией системы. Она может изменяться за счет двух процессов: совершение над системой (телом) работы А¢ и сообщения ей (ему) тепла Q. Совершение работы сопровождается перемещением внешних тел, воздействующих на систему.
Сообщение газу тепла не связано с перемещением внешних тел и, следовательно, не связано с совершением над газом макроскопической (то есть относящейся ко всей совокупности молекул, из которых состоит тело) работы. В этом случае изменение внутренней энергии обусловлено тем, что отдельные молекулы более нагретого тела совершают работу над отдельными молекулами тела, нагретого меньше. Передача энергии происходит при этом также через излучение. Совокупность микроскопических (т.е. захватывающих не все тело, а отдельные его молекулы) процессов, приводящих к передаче энергии от тела к телу, носит название теплопередачи.
Подобно тому, как количество энергии, переданное одним телом другому, определяется работой А, совершаемой друг над другом системами (телами), количество энергии, переданное от тела к телу путем теплопередачи, определяется количеством тепла Q, отданному одним телом другому или одной системе другой.
Таким образом, приращение внутренней энергии системы должно быть равно сумме совершенной над системой работы Аў и количества сообщенного системе тепла Q:
U2 – U1 = Q – А¢ (1)
Здесь U2 и U1 – соответственно, начальное и конечное значения внутренней энергии системы. Обычно вместо работы А¢, совершаемой внешними телами над системой, рассматривают работу А (равную – А¢), совершаемую системой над внешними телами. То есть, в этом случае получим:
Q = U2 – U1 – A (2)
Приведенное уравнение выражает закон сохранения энергии и представляет собой содержание первого закона (начала) термодинамики: количество тепла, сообщенное системе, идет на приращение внутренней энергии системы и на совершение системой работы над внешними телами.
Из сказанного не обязательно следует, что всегда при сообщении тепла системе внутренняя энергия ее возрастает. Может случиться, что, несмотря на сообщение системе тепла, ее энергия не растет, а убывает (U2< U1). В этом случае согласно (2) А>Q, т.е. система совершает работу как за счет получаемого тепла Q, так и за счет запаса внутренней энергии, убыль которой равна U1 – U2.
Закон сохранения энергии в механике напоминает бухгалтерский баланс. Энергия, которая поступает в систему, равна энергии, выходящей из нее.
Относительно энтропии следует различать закрытые и открытые системы. Закрытые – это такие системы, в которых не происходит обмен ни энергией ни частицами с окружающим пространством. Открытые – это системы, в которых происходит обмен веществом или энергией или тем и другим.
Невозможность самопроизвольного возрастания энтропии в изолированной (закрытой) системе отражает сущность этого закона. Система сама по себе стремится к состоянию с максимальной энтропией – таков глобальный принцип термодинамического развития.
Для открытых систем действует принцип универсальной эволюции Гинсдорфа-Пригожина о минимуме производства энтропии. В упрощенном виде его можно рассматривать как принцип минимума диссипации (рассеяния) энергии. А согласно Н.Н.Моисееву его можно сформулировать следующим образом: в системе, при прочих равных условиях, реализуются такие формы организации или поведения объектов, ее составляющих, при котором данная система поглощает извне минимальное количество энергии (для неживой природы) или использует энергию максимально экономно (для живой природы).
Сущность второго начала термодинамики, сформулированного немецким физиком Рудольфом Клаузиусом (1822-1888) и английским физиком Уильямом Томпсоном (1824-1907) такова: “Тепло не может само собой переходить от холодных тел к более нагретым...” Или: тепловая энергия равномерно распределяется между всеми телами и всякие термодинамические процессы в любой системе полностью прекращаются. Наступает тепловая смерть системы (если система замкнута). Этот закон характеризует рост энтропии во времени. Энергия, могущая превратиться в полезную, а также степень установления порядка в какой-либо физической системе при увеличении энтропии, уменьшаются. Получается, что в целом во Вселенной происходят процессы деструкции, саморазрушения.
Энтропия – мера рассеяния энергии, это функция состояния системы, характеризующая направление протекания процесса теплообмена между системой и внешней средой, а также направление протекания самопроизвольных процессов в замкнутой системе. То есть, в замкнутой системе энтропия стремится к максимуму. На языке теории информации (вероятности) замкнутая система переходит из состояния менее вероятного к более вероятному. Наконец, система из структурированного состояния (состояния порядка) переходит к неструктурированному хаосу (беспорядку). Таким образом, постепенно и повсеместно совершается неумолимый (в условиях замкнутой системы) процесс “вырождения” энергии... Хаос более вероятен, чем порядок... От порядка к хаосу процесс идет самопроизвольно с ростом энтропии. Чтобы перейти от хаоса к порядку, надо затратить энергию. Однако судьба всякого порядка – обратиться снова в хаос за счет действия того же второго закона термодинамики.
Третье начало термодинамики утверждает, что энергия всякой равновесной системы, при стремлении температуры к абсолютному нулю, при изотермических процессах стремится к некоторой постоянной величине, которую можно принять равной нулю, причем это стремление не зависит от каких-либо термодинамических параметров ее состояния (недостижимость нуля энтропии, как абсолютного нуля температуры по М.Планку).
Порядок и беспорядок в природе
“Всю, саму по себе, составляют природу две вещи:
Это, во-первых, тела, во вторых же, пустое пространство...”
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
Учебное издание... Кокин Александр Васильевич доктор геолого минералогических наук...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Термодинамика
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
| Твитнуть |
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Реклама
Информация в виде рефератов, конспектов, лекций, курсовых и дипломных работ имеют своего автора, которому принадлежат права. Поэтому, прежде чем использовать какую либо информацию с этого сайта, убедитесь, что этим Вы не нарушаете чье либо право.
© copyright 1999 - 2024 allRefs.net. Все права защищены. Страница сгенерирована за: 0.024 сек.
Новости и инфо для студентов