Термодинамика — наука, изучающая внутреннее состояние макроскопических тел в равновесии. По другому определению, т термодинамика — наука, занимающаяся изучением законов взаимопреобразования и передачи энергии.
Рассматривая законы движения в классической и квантовой механике, мы не обращали внимания на характер времени, с помощью которого описываются процессы изменения в этих теориях. Время в них выступало в качестве особого параметра, знак которого можно поменять на обратный.
Направление времени никак не учитывается в классической механике. Такое представление о времени противоречит как повседневной нашей практике, так и тем теоретическим воззрениям, которые установились в естественных науках, изучающих конкретные изменения явлений во времени (история, геология, биология и др.)
Наиболее резкое противоречие в прошлом веке возникло между прежней физикой и эволюционной теорией Дарвина. Если, например, в механике, все процессы являются обратимыми, лишенными своей истории и развития, то теория Дарвина доказала, что новые виды растений и животных возникают в ходе эволюции в результате борьбы за существование. В этой борьбе выживают те организмы, которые оказываются более приспособленными к изменившимся условиям окружающей среды. Следовательно, в живой природе все процессы являются необратимыми. То же самое можно сказать в принципе о социально-экономических, культурно-исторических и гуманитарных системах, хотя эволюция в природе происходит намного медленнее, чем в обществе.
Соотношение обратимых и необратимых процессов можно проиллюстрировать на примере фильма о движении паровоза. Если мы будем смотреть такой фильм в обратном порядке и увидим, что поезд «пошел назад», то это нам покажется совершенно правдоподобным, т.к. механические системы обратимы. А вот если в кадре дым паровоза образовывается в пространстве и втягивается в трубу, то такое событие кажется невозможным – равносильно признанию возможности движения времени вспять. В данном случае речь идет о тепловом необратимом процессе, который принципиально отличается от механических обратимых процессов.
Понятие времени в классической термодинамике.
До возникновения термодинамики понятие времени по существу отсутствовало в классической физике в том виде, в каком оно рассматривается в реальной жизни и в науках, изучающих процессы, протекающих во времени и имеющих свою историю. Время не отражает внутренние изменения, происходящие в системе. Именно поэтому в уравнениях физики его знак можно менять на обратный. Механические процессы обратимы: уравнения механики, в которые входит время t, симметричны по отношению к этому параметру, т.е. возможна замена t на –t.
Положение существенно изменилось после того, как физика вплотную занялась изучением тепловых процессов, законы которых были сформулированы в классической термодинамике. Термодинамика исследовала физические процессы при различных преобразованиях тепловой энергии.
Термодинамика возникла из обобщения многочисленных фактов, описывающих явления передачи, распространения и превращения тепла. Здесь самый очевидный факт тот, что распространение тепла – это процесс необратимый. Например, в результате трения или выполнения другой механической работы, нельзя снова превратить в энергию и потом использовать для производства работы.
Законы классической термодинамики:
1. (закон сохранения энергии) Если в системе производится тепло Q и над ней производится работа W, то энергия системы возрастает до величины U: U = Q + W
2. Тепло не может перетечь самопроизвольно от холодного тела к горячему.
( нельзя произвести работу за счет охлаждения озера или моря при установившейся температуре).
Немецкий физик Рудольф Клаузиус использовал для формулировки второго закона понятие энтропии – изменение порядка в системе. Когда энтропия в системе возрастает, то соответственно усиливается беспорядок в системе. ТО ЕСТЬ:
Энтропия замкнутой системы, т.е. системы, которая не обменивается с окружением ни энергией, ни веществом, постоянно возрастает.
Это означает, что такие системы эволюционируют в сторону увеличения в них хаоса и беспорядка, пока не достигнут точки термодинамического равновесия, в которой всякое производство работы становится невозможным.
Термодинамика впервые ввела в физику понятие времени весьма в своеобразной форме, а именно необратимого процесса возрастания энтропии в системе. Чем выше энтропия системы, тем больше временной промежуток прошла система в своей эволюции.
Очевидно, что такое понятие о времени и особенно об эволюции системы коренным образом отличается от понятия эволюции, лежавшей в основе теории Дарвина. В то время как в дарвинской теории происхождение новых видов растений и животных путем естественного отбора эволюция направлена на выживание более совершенных организмов и осложнение их организации, в термодинамике эволюция связывалась и дезорганизацией системы. Это противоречие оставалось неразрешенным вплоть до 60-х годов 20 века, пока не появилась новая, неравновесная термодинамика, которая опирается на концепцию необратимых процессов.
Классическая термодинамика оказалась неспособной решить и космологические проблемы характера процессов, происходящих во Вселенной. Первую попытку распространить законы термодинамики на вселенную предпринял один из основателей этой теории – Клаузиус, выдвинувший два постулата:
1. энергия вселенной всегда постоянна.
2. энтропия вселенной всегда возрастает.
Если принять второй постулат, то необходимо принять, что все процессы во Вселенной направлены в сторону достижения состояния термодинамического равновесия, соответствующего максимуму энтропии, а, следовательно, состояния, характеризуемого наибольшей степенью хаоса, беспорядка и дезорганизации. В таком случае во вселенной наступит тепловая смерть, и никакой полезной работы в ней произвести будет нельзя. Такие мрачные прогнозы встретили критику со стороны ряда выдающихся ученых и философов, но в середине 20 века было еще мало научных аргументов для опровержения Клаузиуса и обоснования альтернативного взгляда.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему