В изолированной термодинамической системе сумма всех видов энергии является величиной постоянной.

Этот закон является частным случаем всеобщего закона сохранения и превращения энергии, который гласит, что энергия не появляется и не исчезает, а только переходит из одного вида в другой. Из этого закона следует, что уменьшение общей энергии в одной системе, состоящей из одного или множества тел, должно сопровождаться увеличением энергии в другой системе тел. Существуют другие формулировки этого закона:

1. Не возможно возникновение или уничтожение энергии (эта формулировка говорит о невозможности возникновения энергии из ничего и уничтожения ее в ничто).

2. Любая форма движения способна и должна превращаться в любую другую форму движения (эта философская формулировка подчеркивает неуничтожимость энергии и ее способность взаимопревращаться в любые другие виды энергии).

3. Вечный двигатель первого рода невозможен. (Под вечным двигателем первого рода понимают машину, которая была бы способна производить работу не используя никакого источника энергии).

4. Теплота и работа являются двумя единственно возможными формами передачи энергии от одних тел к другим.

Переходим к исследованию второго закона термодинамики.

Если первый закон термодинамики утверждает, что теплота может превращаться в работу, а работа в теплоту, не устанавливая условий, при которых возможны эти превращения, то практика требует формулирования этих условий. Повседневные наблюдения и опыты показывают, что теплота сама может переходить только от нагретых тел к более холодным (до полного равновесия). Только за счет затраты работы можно изменить направление движения теплоты. Это свойство теплоты резко отличается от работы. Работа легко и полностью превращается в теплоту.

В тепловых машинах превращение теплоты в работу происходит только при наличии разности температур между источниками теплоты и теплоприемниками. При этом вся теплота не может быть превращена в работу. Закон, позволяющий указать направление теплового потока, и устанавливающий максимально возможный предел превращения теплоты в работу в тепловых машинах является вторым законом термодинамики.

Второй закон термодинамики

Формулировка:

Вечный двигатель второго рода не возможен (под вечным двигателем второго рода понимается машина, которая могла бы превращать всю подводимую к ней теплоту в работу. Такая машина имела бы КПД = 1).

Другая формулировка этого закона:

Стопроцентное превращение теплоты в работу посредством тепловой машины-двигателя невозможно. Условия работы тепловых машин:

· тепловая машина всегда работает в определенном перепаде температур. (Это значит, что для работы такой машины необходимо иметь по крайней мере 1 источник теплоты, и 1 приемник теплоты);

· любая тепловая машина должна работать циклично, т.е. рабочее тело, совершая за определенный промежуток времени ряд процессов расширения и сжатия, должно возвращаться в исходное состояние.

То есть в природе не может быть круговых процессов, единственным результатом которых было бы превращение теплоты в работу.

 

Второй закон термодинамики можно сформулировать и как закон, согласно которому энтропия теплоизолированной системы будет увеличиваться при необратимых процессах или оставаться постоянной, если процессы обратимы.

Энтропия – мера отклонения системы от статического термодинамического равновесия, мера неупорядоченности, мера хаоса.

При нагревании тела энтропия увеличивается, растет степень неупорядоченности. В изолированной системе энтропия может только расти.

Речь идет о принципе возрастания энтропии – важнейшем принципе термодинамики. Он соответствует стремлению любой системы к состоянию термодинамического равновесия (статического равновесия), которое традиционно отождествляли с хаосом (до открытия синергетической концепции И. Пригожина).

Антиподом энтропии является самоорганизация.

Самоорганизация – это способность к стабилизации некоторых параметров путем направленной упорядоченности структуры системы с возможностью противостояния энтропийным факторам среды.

В настоящее время теория и методология, исследующая процессы самоорганизации, называется синергетикой.

Вопросы для самопроверки

1) Отличие релятивистской картины мира от картины мира, выстраиваемой на основе классической механики и физики.

2) Структурность и системность как атрибуты материи.

3) Что такое материя с точки зрения физики?

4) Классификация элементарных частиц.

5) Взаимодействие и связь в природе.

6) Фундаментальные физические взаимодействия, их характеристика.

7) Что такое пространство и время?

8) Пространство и время с точки зрения учения А. Эйнштейна.

9) Динамические законы и механический детерминизм.

10) Статистические законы и вероятностный детерминизм.

11) Два закона термодинамики.

12) Принципы современной физики и их взаимосвязь.

Пригодится для тестирования:

Физические константы

скорость света в вакууме скорость света в воздухе постоянная гравитации число Авогадро элементарный заряд масса электрона масса протона удельный заряд электрона размер атома размер атомного ядра

с = 300 000 км/с ν= 298 000 км/с G = 6,67 · 10^-11м³/кг · с² NА= 6,02 · 10^23 моль е = 1,60· 10^-19Кл me = 9,11 ·10^-31 кг mр = 1,67 ·10^-27 кг е/me = 1,76 ·10^11 Кл/кг ао= 10^-8 см аяд = 10^-13 см

Типы связей

· в масштабах 10^-13 см – сильные взаимодействия, целостность ядра обеспечивается ядерными силами;

· целостность атомов, молекул, макротел обеспечивают электромагнитные силы;

· слабые взаимодействия (значительно слабее сильного и электромагнитного, коротко действующее, проявляется на расстояниях, значительно меньших размера атомного ядра и ответственно за бета-распад ядра)

· в космических масштабах – гравитационные силы.

Структурные уровни материи.

Структурные уровни материи
№ п/п	Неживая природа	Живая природа	Общество
	Субмикроэлементарный	Биологический макромолекулярный	Индивид
	Микроэлементарный	Клеточный	Семья
	Ядерный	Микроорганический	Коллективы
	Атомарный	Органы и ткани	Большие социальные группы (классы, нации)
	Молекулярный	Организм в целом	Государство (гражданское общество)
	Макроуровень	Популяции	Системы государств
	Мегауровень (планеты, звезды, звездно-планетные системы, галактики)	Биоценоз	Человечество в целом
	Метауровень (метагалактики)	Биосфера	Ноосфера

ТЕМА 4. Эволюция Вселенной