Шпоргалки по предмету Концепции современного естествознания

17. Энтропия. Термодинамическая трактовка.

Напишем закон работы газовой машины Карно: Q₁ /T₁ +Q₂ /T₂ =0, т.к. речь идет о приращении тепла, то заменим Q→∆Q: DQ₁ /Т₁ +DQ₂ /Т₂ =0 . Эта запись напоминает закон сохранения, но при этом появляется некоторая “интересная” величина DQ/Т. Так в физике появилось новое понятие «энтропия». Ввел его в 1865 г. Клаузиус, который предположил, что есть некоторая величина S, которая, подобно энергии, давлению, температуре, характеризует состояние газа. Когда к газу подводится некоторое количество DQ, то S возрастает на величину DS=DQ/Т.

Энтропия в обратимых процессах (в частности в идеальном цикле Карно) сохраняется. Энтропия характеризует состояние системы. Энтропия системы может рассматриваться как функция состояния системы, т.к. изменение ее не зависит от вида процесса, а определяется лишь начальным и конечным состоянием системы.

Для обратимых процессов имеем DS=сonst. , т.е. энтропия изолированной системы в случае обратимых процессов постоянна. В необратимых процессах DS>0.

Понятие энтропии позволяет определить направление протекания процессов в природе, поскольку тот факт, что энтропия изолированной системы не может убывать, а только возрастает, является отражением того, что в природе существуют процессы, протекающие только в одном направлении - в направлении передачи тепла от более горячих тел к менее горячим.

14.Консервативные и диссипативные системы.

Силы, величина которых зависит от взаимного расположения, или конфигурации тел и не зависят от движения, называются консервативными . Это силы, проявляющиеся в потенциальных полях (ПП). ПП – поля, работа сил которых не зависит от траектории движения . ПП: гравитационное и эл_статическое.

Несмотря на то, что механика не изучает внутренние силы, потенциальную энергию сжатой пружины можно вычислить по величине работы, которую нужно затратить, чтобы изменить конфигурацию частей пружины. Запас этой работы и понимается как потенциальная энергия пружины. Потенциальная энергия – свойство системы материальных тел совершать работу при изменении конфигурации тел в системе. Таким образом, работа может быть определена как мера изменения энергии.

Вспомним формулировку закона сохранения и превращения энергии: полная энергия замкнутой консервативной системы тел, равная сумме потенциальной и кинетической энергии, остается величиной постоянной . Важно помнить также, что физический закон имеет границы своей применимости. В данном случае мы имеем два ограничения: 1) система должна быть изолированной от внешних воздействий (замкнутость системы); 2) система должна быть консервативной, т.е. в ней должны быть только консервативные силы.

В случае, когда работа сил зависит от формы пути или же сами силы зависят от скорости движения, механическая энергия системы не сохраняется. Например, силы трения, которые не являются консервативными (зависят от скорости), происходит уменьшение, «рассеяние» энергии, или, что то же самое, ее диссипация .

15.Термодинамика (ТД) и статистическая физика.

Работы Майера, Джоуля, Гельмгольца позволили выработать так называемый “закон сохранения сил” («энергии»). Однако первая ясная формулировка этого закона была получена физиками Клаузиусом и Томсоном. Рассматривая превращения теплоты и работы в макроскопических системах, Карно фактически положил начало новой науке, которую Томсон впоследствии назвал ТД . ТД ограничивается изучением особенностей превращения тепловой формы движения в др., не затрагивая вопросы микроскопического движения частиц, составляющих вещество.

ТД рассматривает системы, между которыми возможен обмен энергией, без учета микроскопического строения тел, составляющих систему, и характеристик отдельных частиц. Различают ТД равновесных систем или систем, переходящих к равновесию (классическая, или равновесная ТД , которая составляет основу ТД картины мира (ТКМ) ) и ТД неравновесных систем (неравновесная ТД ).

Таким образом, при исследовании тепловых явлений выделились два научных направления: 1) ТД, изучающая тепловые процессы без учета молекулярного строения вещества; 2) Молекулярно-Кинетическая Теория (МКТ) (развитие кинетической теории вещества в противовес теории теплорода);

Статистическая физика (МКТ). В отличие от ТД МКТ характеризуется рассмотрением различных макроскопических проявлений систем как результатов суммарного действия огромной совокупности хаотически движущихся молекул. МКТ использует статистический метод, интересуясь только ср.величинами, которые характеризуют движение огромной совокупности частиц.

16. Сущность 1^ого начала термодинамики.

Опираясь на работы Джоуля и Майера, Клаузиус впервые высказал мысль, сформировавшуюся впоследствии в 1^ое начало ТД, что всякое тело имеет внутреннюю энергию U . Клаузиус назвал ее теплом, содержащимся в теле, в отличие от тепла Q, сообщенного телу, внутреннюю энергию можно увеличить двумя эквивалентными способами: проведя над телом механическую работу ∆U=-А, или сообщая ему количество теплоты Q. DU = Q-A

В 1860 г. Томсон окончательно заменив устаревший термин “сила” тер