Закон термодинамики. Хаос и порядок. Беспорядок. Синергетика. Учебный проект по дисциплине «Избранные главы классической и современной теоретической физики» по оп 7М01504 "Физика"
жүктеу/скачать 27.31 Kb.
|
1 2
СИНЕРГЕТИКА- Бұл бет үшін навигация:
- Объект исследования
- Актуальность.
| Цель:
Задачи: изучить основные понятия термодинамики и роль второго закона термодинамики в современной физической науки и границы их применении; разработать дидактические материалы по проблеме «Синергетика и самоорганизации материя»; провести анализ содержания второго закона термодинамики в СОШ, рассмотреть возможность представления учащимся дополнительной информаци по теме (индивиду задания недели физики, проект деятельность, ) Объект исследования: процесс обучения Предмет исследованя: Второй закон термодинамики. Хаос и порядок. Беспорядок. Синергетика. Значимость: Актуальность. Новые слова, проникшие в науку нашего времени, — «синергетика», «самоорганизация», «хаос» или «фракталы» — свидетельствуют о новом взгляде на мир. Как мы увидим в следующей части нашей книги, концепция самоорганизации приводит к глубоким изменениям в понимании нашего познавательного отношения к природе. Однако физика все еще колеблется между новым мировоззрением и приверженностью к великим теоретическим построениям далекого и недавнего прошлого — динамике и квантовой механике, носителям традиционного идеала физики. Дополнение Второй закон термодинамики выражается в росте энтропии - в поверхностной интерпретации этот принцип предполагает, что качественная энергия неизбежно превращается в некачественную энергию. Порядок со временем превращается в хаос, однако хаос также превращается в порядок - при особых обстоятельствах. В статье устанавливаются некоторые донаучные представлений о феномене -философские интуиции, которые предшествовали научному открытию второго закона и возможно идейно имели с ним корреляции, с тем чтобы корректно интерпретировать его следствия в контексте современной физики. Это существенно, потому что в истории философии и науки всегда существуют определённые связи и преемственность - без установления таких связей правильное и актуальное истолкование явления становится затруднительным, если не невозможным. Основная цель исследования заключается в корректном понимании Второго закона и какое значение имеют его основные следствия. Для этого необходимо дать Второму закону правильную интерпретацию, которая позволит сделать предположения о его связи со временем в контексте проблемы начального состояния и о возможных новых путях развития современной физики, в частности квантовой гравитации. Предлагаются два решения проблемы связи энтропии и начального состояния в контексте дискуссии о стреле времени. Введение
В данное время термодинамика относится к строгой теории, развивающейся на основе нескольких постулатов, которые имеют определенную связь со свойствами частиц и законами их взаимодействия. Это обусловлено не только процессами самой термодинамики, но и статической физикой. Именно статическая физика занимается выяснением границ применимости термодинамики [3]. Все законы термодинамики имеют общий характер и не зависят от определенных деталей строения вещества на молекулярном уровне, поэтому они применяются довольно-таки широком круге науки и техники, затрагивая самые разные области: энергетика, химия, теплотехника, машиностроение, материаловедение, инженерия и т.д. Для каждой области термодинамика имеет большое значение и находит свое применение в ней [2]. 1. Основные законы термодинамики 1.2. Второй закон термодинамики Второй закон термодинамики указывает на существование энтропии [4] как функции состояния термодинамической системы и вводит понятие абсолютной термодинамической температуры. То есть второе начало определяет начало об энтропии, а также её свойствах и признаках. Важно отметить, что энтропия, находясь в изолированной системе, остается либо неизменной, либо возрастает (в условиях неравновесных процессов). Энтропия достигает своего максимума при установлении термодинамического равновесия. Это определено законом возрастания энтропии. Частым образом в литературных источниках встречаются разнообразные формулировки второго закона термодинамики, являясь следствиями закона возрастания энтропии. Второй закон тесно связан с понятием энтропии (S). Она порождается буквально всеми процессами и связана с потерей способности системы совершать работу. Рост энтропии является стихийным процессом. Изменения в системе увеличения энтропии происходят в том случае, если объем и энергия системы не являются постоянными. В обратном случае (если объем и энергия непостоянны) энтропия подвержена уменьшению. Чтобы можно было использовать энергию, необходимо иметь в системе области с высоким и низким уровнем энергии. Полезная работа производится в результате передачи энергии от области с высоким уровнем энергии к области с низким уровнем энергии. Если в замкнутой системе происходит процесс, то энтропия этой системы не убывает. В виде формулы второй закон термодинамики записывают как: где S – энтропия; L – путь, по которому система переходит из одного состояния в другое. В данной формулировке второго начала термодинамики следует обратить внимание на то, что рассматриваемая система должна быть замкнутой. В незамкнутой системе энтропия может вести себя как угодно (и убывать, и возрастать, и оставаться постоянной). Заметим, что энтропия не изменяется в замкнутой системе при обратимых процессах. Рост энтропии в замкнутой системе при необратимых процессах — это переход термодинамической системы из состояний с меньшей вероятностью в состояния с большей вероятностью. Известная формула Больцмана дает статистическое толкование второго закона термодинамики: где k – постоянная Больцмана; w – термодинамическая вероятность (она определяет количество способов реализации макросостояния системы). Таким образом, второе начало термодинамики определяется статическим законом, непосредственно связанным с описанием закономерностей теплового движения молекул (при этом движение является хаотическим). Данное движение молекул и составляет систему термодинамики. Второй закон термодинамики имеет другие формулировки. Из них можно выделить две основных – формулировка Кельвина и формулировка Клаузнуса. Формулировка Кельвина звучит следующим образом: невозможно создать круговой процесс, результатом которого станет исключительно превращение теплоты, которое получено от нагревателя, в работу. Данная формулировка позволяет сделать вывод о невозможности создания вечного двигателя второго рода. Это означает, что периодически действующая тепловая машина должна иметь нагреватель, рабочее тело и холодильник. При этом КПД идеальной тепловой машины не может быть больше, чем КПД цикла Карно: где Tn – температура нагревателя; Th — температура холодильника; (T_n > T_h). Формулировка Клаузиуса имеет следующий вид: невозможно создать круговой процесс, в результате которого будет происходить исключительно передача тепла от тела с меньшей температурой к телу с большей температурой. Таким образом, второй закон термодинамики обуславливает огромное различие между двумя формами передачи энергии, а именно между работой и теплотой [5]. Данный закон позволяет сделать вывод о том, что переход упорядоченного перемещения тела является необратимым процессом. Притом такое перемещение может переходить в хаотическое движение без каких-либо дополнительных процессов. Заключение Термодинамика в физике обусловлена существованием трех законов, каждый из которых имеет свою определенную формулировку. Она во многом имеет общую связь с процессами энтропии и её основными свойствами. Термодинамика играет большую роль в различных областях и сферах жизни человека. Её правила и закономерности оставляют след в следующих областях: теплотехника, энергетика, биология, машиностроение и другие. Кроме того термодинамика позволяет совершать новые открытия человечества. Это было бы невозможно без основных законов, открытых великими учеными в прошлом. Таким образом, изучив и рассмотрев основные аспекты данной темы, можно сказать, что термодинамические процессы в физике являются немаловажными и играют большую роль в науке. Такой раздел физики, как термодинамика, всегда будет актуальным, поскольку он позволяет совершенствовать существующие аспекты науки и формировать новые. Список литературы Базаров И. П. Термодинамика. — М.: Высшая школа, 1991. — 376 с. Воронин Г. Ф. Основы термодинамики. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1987. — 192 с. Гиббс Дж. Термодинамика. Статистическая механика. Серия: Классики науки. М.: Наука 1982. 584 с. Квасников И. А. Термодинамика и статистическая физика. Т. 1: Теория равновесных систем: Термодинамика. — Изд. 2, сущ. перераб. и доп.. — М.: Едиториал УРСС, 2002. — 240 с. Киттель Ч. Статистическая термодинамика. — М.: Наука, 1977. — 336 с. Кубо Р. Термодинамика. М.: Мир, 1970. Сивухин Д. В. Общий курс физики. — Т. II. Термодинамика и молекулярная физика. — 5 изд., испр.. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. — 544 с. Ферми Э., Термодинамика. Харьков: Изд-во Харьковского ун-та, 1969. — 140 с. Как цитировать Карпенко И. А. Второй закон термодинамики в контексте современной физики // Эпистемология и философия науки. 2020. Т. 57. № 3. С. 142-159. жүктеу/скачать 27.31 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|
1 2