Скачать презентацию ЛЕКЦИЯ 3 Концепции и принципы классического физического Скачать презентацию ЛЕКЦИЯ 3 Концепции и принципы классического физического

3_Механика_термодинамика.pptx

  • Количество слайдов: 69

ЛЕКЦИЯ 3 Концепции и принципы классического физического – механистического и термодинамического естествознания ЛЕКЦИЯ 3 Концепции и принципы классического физического – механистического и термодинамического естествознания

3. 1. Объекты физического познания и структура физических наук 3. 2. Концепции предклассического механистического 3. 1. Объекты физического познания и структура физических наук 3. 2. Концепции предклассического механистического естествознания 3. 3. Ньютоновы принципы классического механистического естествознания 3. 4. Энергия, теплота, закон сохранения энергии и первое начало (принцип) термодинамики 3. 5. Понятие качества энергии, энтропия, второе начало (принцип) термодинамики и принцип минимума производства энтропии

3. 1. ОБЪЕКТЫ ФИЗИЧЕСКОГО ПОЗНАНИЯ И СТРУКТУРА ФИЗИЧЕСКИХ НАУК 3. 1. ОБЪЕКТЫ ФИЗИЧЕСКОГО ПОЗНАНИЯ И СТРУКТУРА ФИЗИЧЕСКИХ НАУК

АРИСТОТЕЛЬ «ФИЗИКА» «Физика» — наука о природе и изучает преимущественно тела и величины, их АРИСТОТЕЛЬ «ФИЗИКА» «Физика» — наука о природе и изучает преимущественно тела и величины, их свойства и виды движения и, кроме того, начало такого рода бытия. Понятия, принципы и законы физики фундаментальны, то есть основополагающие для всего естествознания. Физика - точная наука и изучает количественные закономерности явлений.

ЭЙНШТЕЙН «Высшая задача физики состоит в открытии наиболее общих элементарных законов, из которых можно ЭЙНШТЕЙН «Высшая задача физики состоит в открытии наиболее общих элементарных законов, из которых можно было бы логически вывести картину мира»

ФИЗИКА Экспериментальная наука: законы базируются на фактах, установленных опытным путем, представляют собой количественные соотношения, ФИЗИКА Экспериментальная наука: законы базируются на фактах, установленных опытным путем, представляют собой количественные соотношения, формулируются на том или ином математическом языке. Экспериментальная физика — опыты, проводимые для обнаружения новых фактов и для проверки известных физических законов. Теоретическая физика - формулировка законов природы и в объяснении конкретных явлений на основе этих законов, а также в предсказании новых явлений.

РАЗДЕЛЫ ФИЗИКИ По изучаемым физическим объектам: физика элементарных частиц, физика ядра, физика атомов и РАЗДЕЛЫ ФИЗИКИ По изучаемым физическим объектам: физика элементарных частиц, физика ядра, физика атомов и молекул, газов и жидкостей, твердого тела и плазмы. По критерию уровней организации материи на физика микро-, макро- и мегамира. По критерию изучаемых процессов, явлений или форм движения (взаимодействия) механические, электромагнитные, квантовые и гравитационные явления, тепловые или термодинамические процессы, и соответствующие им области физики: механику, электродинамику, квантовую физику, теорию гравитации, термодинамику и статистическую физику.

3. 2. КОНЦЕПЦИИ ПРЕДКЛАССИЧЕСКОГО МЕХАНИСТИЧЕСКОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ 3. 2. КОНЦЕПЦИИ ПРЕДКЛАССИЧЕСКОГО МЕХАНИСТИЧЕСКОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

СЕРЕДИНА XV ВЕКА. ЕВРОПА Ломка основ религиозного мышления (Леонардо да Винчи, Николай Коперник, Теофраст СЕРЕДИНА XV ВЕКА. ЕВРОПА Ломка основ религиозного мышления (Леонардо да Винчи, Николай Коперник, Теофраст Парацельс, Джордано Бруно, Фрэнсис Бэкон, Галилео Галилей, Иоганн Кеплер, Рене Декарт, Пьер Ферма, Блез Паскаль, Роберт Гук) Эксперимент - ведущий метод исследования

ГОСПОДСТВУЮЩИЙ МЕТОД МЫШЛЕНИЯ - метафизика ГОСПОДСТВУЮЩИЙ МЕТОД МЫШЛЕНИЯ - метафизика

МЕХАНИСТИЧЕСКОЕ ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ - основная теория познания и методологии науки. философские учения о человеческой природе, МЕХАНИСТИЧЕСКОЕ ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ - основная теория познания и методологии науки. философские учения о человеческой природе, обществе и государстве, выступающие в XVIXVIII веках как разделы общего учения о едином мировом механизме.

ГАЛИЛЕО ГАЛИЛЕЙ (1564 -1642) Италия, Пиза 1589 г. преподаватель математики в Пизанском университете 1592 ГАЛИЛЕО ГАЛИЛЕЙ (1564 -1642) Италия, Пиза 1589 г. преподаватель математики в Пизанском университете 1592 г. Падуанский университет, кафедра математики

ОСНОВНЫЕ ОТКРЫТИЯ «Диалог о двух главнейших системах мира — птолемеевой и коперниковой» (1632) «Беседы ОСНОВНЫЕ ОТКРЫТИЯ «Диалог о двух главнейших системах мира — птолемеевой и коперниковой» (1632) «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки, относящихся к механике и местному движению» (год издания — 1638) «Беседы» разбиты на «дни»

 «ДЕНЬ ТРЕТИЙ» «Мы создаем совершенно новую науку, предмет которой является чрезвычайно старым. В «ДЕНЬ ТРЕТИЙ» «Мы создаем совершенно новую науку, предмет которой является чрезвычайно старым. В природе нет ничего древнее движения, но именно относительно него философами написано весьма мало значительного. Поэтому я многократно изучал на опыте его особенности. . . до сего времени либо неизвестные, либо недоказанные. . . Говорят, что естественное движение падающего тяжелого тела есть движение ускоренное. Однако в какой мере нарастает ускорение, до сих пор не было указано. . . Было замечено также, что бросаемые тела или снаряды описывают некоторую кривую линию; но того, что линия является параболой, никто не указал» .

НИ РАЗУ НЕ УПОТРЕБИВ НА 600 СТРАНИЦАХ КНИГИ МАТЕМАТИЧЕСКИХ ФОРМУЛ 1. «. . . НИ РАЗУ НЕ УПОТРЕБИВ НА 600 СТРАНИЦАХ КНИГИ МАТЕМАТИЧЕСКИХ ФОРМУЛ 1. «. . . скорости, приобретаемые одним и тем же телом при движении по наклонным плоскостям, равны между собой, если высоты этих наклонных плоскостей одинаковы» . 2. «Если тело, выйдя из состояния покоя, падает равномерно ускоренно, то расстояния, проходимые им за определенные промежутки времени, относятся между собой, как квадраты времени» .

НИ РАЗУ НЕ УПОТРЕБИВ НА 600 СТРАНИЦАХ КНИГИ МАТЕМАТИЧЕСКИХ ФОРМУЛ Метод определения скорости света, НИ РАЗУ НЕ УПОТРЕБИВ НА 600 СТРАНИЦАХ КНИГИ МАТЕМАТИЧЕСКИХ ФОРМУЛ Метод определения скорости света, объясняется явление резонанса, указывается на одинаковый период качаний паникадила в церкви, что положит начало основам теории колебаний, и т. д. Конструирование «зрительной трубы» - горы на Луне, пятна на Солнце (хотя сделал эти открытия далеко не первым из людей, вспомните китайцев), фазы Венеры, спутники Юпитера.

НИ РАЗУ НЕ УПОТРЕБИВ НА 600 СТРАНИЦАХ КНИГИ МАТЕМАТИЧЕСКИХ ФОРМУЛ Опровергая аргументы Птолемея и НИ РАЗУ НЕ УПОТРЕБИВ НА 600 СТРАНИЦАХ КНИГИ МАТЕМАТИЧЕСКИХ ФОРМУЛ Опровергая аргументы Птолемея и Аристотеля, высказанные ими против вращения Земли, путем разбора множества механических явлений, Галилей приходит к открытиям закона инерции и механического принципа относительности.

РЕНЕ ДЕКАРТ (1596 -1650 ГГ. ) Только математика обеспечивает надежный путь к истине. «не РЕНЕ ДЕКАРТ (1596 -1650 ГГ. ) Только математика обеспечивает надежный путь к истине. «не приемлет и не надеется найти в физике каких-либо принципов, отличных от тех, которые существуют в Геометрии или абстрактной Математике, потому что они позволяют объяснить все явления природы и привести доказательства, не оставляющие сомнений» «Геометрия» - аналитическая геометрия, являющаяся в настоящее время необходимым инструментом при математической формулировке многих физических задач.

РЕЗЮМЕ 1) Важнейшим моментом в подготовке научной революции XVI—XVII вв. , приведшей к рождению РЕЗЮМЕ 1) Важнейшим моментом в подготовке научной революции XVI—XVII вв. , приведшей к рождению нового естествознания, было изменение взглядов на состояние Земли во Вселенной — переход от геоцентрической картины мира к гелиоцентрической. 2) Законы движения планет, сформулированные И. Кеплером, послужили фундаментом для закона всемирного тяготения. 3)Закон инерции, сформулированный Галилео Галилеем, положил конец физике Аристотеля — это с одной стороны, и послужил толчком, с другой стороны, развития физической мысли в направлении, приведшем к специальной и общей теории от носительности Эйнштейна в XX столетии.

3. 3. НЬЮТОНОВЫ ПРИНЦИПЫ КЛАССИЧЕСКОГО МЕХАНИСТИЧЕСКОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ 3. 3. НЬЮТОНОВЫ ПРИНЦИПЫ КЛАССИЧЕСКОГО МЕХАНИСТИЧЕСКОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

ИСААК НЬЮТОН (1642 -1727) «Математические начала натуральной философии» , 1687 г. 3 части: 1, ИСААК НЬЮТОН (1642 -1727) «Математические начала натуральной философии» , 1687 г. 3 части: 1, 2 часть - движение тел, механика тел, формулируются, три знаменитых закона динамики Ньютона, 3 часть – система мира (космология), в которой обосновывается вывод и даны приложения знаменитейшего закона всемирного тяготения Ньютона.

НЬЮТОН определяет свойства объекта, который является предметом изучения — это некоторая масса (тело), и НЬЮТОН определяет свойства объекта, который является предметом изучения — это некоторая масса (тело), и место, и время, в которое он (объект) изучается.

 «НАЧАЛА» 1) Количество материи (масса) есть мера таковой, устанавливаемая пропорционально плотности и объему «НАЧАЛА» 1) Количество материи (масса) есть мера таковой, устанавливаемая пропорционально плотности и объему ее. 2) Количество движения есть мера такового, устанавливаемая пропорционально скорости и массе. 3) Приложенная сила есть действие, производимое над телом, чтобы изменить его состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения.

 «НАЧАЛА» Время, пространство, место и движение составляют понятия общеизвестные. а)Абсолютное, истинное, математическое время «НАЧАЛА» Время, пространство, место и движение составляют понятия общеизвестные. а)Абсолютное, истинное, математическое время само по себе и по своей сущности, без всякого отношения к чемулибо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительностью. б)Абсолютное пространство по самой своей сущности, без относительно к чему бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным. в) Место есть часть пространства, занимаемая телом и, по отношению к пространству, бывает или абсолютным, или относительным. г) Абсолютное движение есть перемещение тела из одного его абсолютного места в другое» .

 «НАЧАЛА» . ТРИ ЗАКОНА ДВИЖЕНИЯ, НОСЯЩИЕ ИМЯНЬЮТОНА I. Всякое тело продолжает удерживаться в «НАЧАЛА» . ТРИ ЗАКОНА ДВИЖЕНИЯ, НОСЯЩИЕ ИМЯНЬЮТОНА I. Всякое тело продолжает удерживаться в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние. II. Изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует. III. Действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе — взаимодействия двух тел друг на друга между собой равны и направлены в противоположные стороны» .

ЧЕТВЕРТЫЙ ЗАКОН ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ Между небесными телами действует сила притяжения, обратно пропорциональная квадрату расстояния ЧЕТВЕРТЫЙ ЗАКОН ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ Между небесными телами действует сила притяжения, обратно пропорциональная квадрату расстояния между телами. Высказав предположение, что силы тяготения имеют всеобщий (всемирный) характер и что эти силы пропорциональны массам взаимодействующих тел, Ньютон установил закон, олицетворяющий первую теорию тяготения (гравитации).

ОСНОВНЫЕ ИДЕИ КЛАССИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ A) есть тела, которые следует наделить свойством массы; Б) массы ОСНОВНЫЕ ИДЕИ КЛАССИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ A) есть тела, которые следует наделить свойством массы; Б) массы притягиваются друг к другу (закон всемирного тяготения); В) тела могут сохранять свое состояние — покоиться или двигаться равномерно, не меняя своего направления движения (закон инерции, он же принцип относительности); Г) при действии на тела сил они изменяют свое состояние: либо ускоряются, либо замедляются (второй закон динамики Ньютона); Д) действие сил вызывает обратное равное ему противодействие (третий закон Ньютона).

МАТЕМАТИКА Ньютон + немецкий математик Готфрид Лейбниц Теория дифференциального и интегрального исчислений МАТЕМАТИКА Ньютон + немецкий математик Готфрид Лейбниц Теория дифференциального и интегрального исчислений

МАТЕМАТИКА В XVIII-XIX веках знаменитыми математиками — швейцарцем (проработавшим большую часть своей жизни в МАТЕМАТИКА В XVIII-XIX веках знаменитыми математиками — швейцарцем (проработавшим большую часть своей жизни в России, а потому признаваемым как русский ученый) Леонардо Эйлером, французами Луи Лагранжем (1736 -1813 гг. ), Пьером Симоном Лапласом (1749 -1827 гг. ) и ирландцем Уильямом Роаном Гамильтоном (1805 -1865 гг. ) механике Ньютона были приданы изящные, математически строгие формы. Лагранжева и Гамилътонова формы (часто это также характеризуют словами лагранжев и гамильтонов формализм).

МЕХАНИСТИЧЕСКОЙ КАРТИНЫ МИРА (НЬЮТОНОВО- (КАРТЕЗИЙ — ЛАТИНИЗИРОВАННОЕ ИМЯ ДЕКАРТА) ПАРАДИГМА) КАРТЕЗИАНСКАЯ мир состоит из МЕХАНИСТИЧЕСКОЙ КАРТИНЫ МИРА (НЬЮТОНОВО- (КАРТЕЗИЙ — ЛАТИНИЗИРОВАННОЕ ИМЯ ДЕКАРТА) ПАРАДИГМА) КАРТЕЗИАНСКАЯ мир состоит из массивных (материальных) объектов конечных объемов (размеров), видимые контуры которых являются их физическими границами; эти объекты движутся в пустом трехмерном евклидовом пространстве, евклидовыми также являются линии (траектории) их движения — прямые, окружности, эллипсы, параболы, спирали и другие линии; время — четвертая координата пространственно-временного континуума, независимая от пространственных координат; три закона динамики Ньютона управляют движениями (траекториями) материальных (наделенных массой или масссивных) объектов, заполняющих пространственно-временной континуум; поле тяготения (гравитация) распространяется в пространственновременном континууме с бесконечной скоростью и никак не затрагивает течения времени; линейный характер ньютоновой динамики означает, что интенсивность следствия в мире механических явлений прямо пропорциональна интенсивности причины (так называемый лапласовский детерминизм).

ЭВРИСТИЧЕСКИЕ (МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ) ВЫВОДЫ 1. Природных возможностей человеческого разума вполне достаточно для того, чтобы понять ЭВРИСТИЧЕСКИЕ (МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ) ВЫВОДЫ 1. Природных возможностей человеческого разума вполне достаточно для того, чтобы понять (выразить) мир механических явлений в понятиях и теориях. 2. Изучение мира механических явлений и процессов не оказывает существенного влияния на их течение. 3. Теоретический расчет движения реальных массивных объектов можно сделать сколь угодно точно, задавая экспериментальные так называемые начальные условия в какой-либо точке пространственно-временного континуума (начальные значения пространственных координат и скорости объекта в какой-либо его точке). 4. Уравнения динамики обратимы во времени, т. е. для них безразлично, куда развивается процесс из настоящего времени — в будущее или прошлое. 5. Точный численный расчет движений массивных объектов позволяет эффективно изменять и преобразовывать его по своему усмотрению.

РЕЗЮМЕ 1. Классическая механика дала четкие ориентиры в понимании фундаментальных категорий — пространства, времени РЕЗЮМЕ 1. Классическая механика дала четкие ориентиры в понимании фундаментальных категорий — пространства, времени и движения материи. 2. Законы классической механики с большой точностью (но все же приближенно) отражают истинные законы природы. До сих пор с помощью законов, сформулированных И. Ньютоном, производится, например, расчет траекторий искусственных спутников Земли. Пределы применимости классических законов механики устанавливаются в другой теории, возникшей в XX веке — в специальной теории относительности Эйнштейна. 3. Формирование классической физики, начатое в XVII веке работами Галилея, завершилось в XIX веке созданием Дж. Максвеллом теории электромагнитного поля, положившему начало в XX веке новому этапу в науке — неклассическому. Невообразимо широк спектр использования этой теории в науке, технике, быту.

3. 4. ЭНЕРГИЯ, ТЕПЛОТА, ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ И ПЕРВОЕ НАЧАЛО (ПРИНЦИП) ТЕРМОДИНАМИКИ 3. 4. ЭНЕРГИЯ, ТЕПЛОТА, ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ И ПЕРВОЕ НАЧАЛО (ПРИНЦИП) ТЕРМОДИНАМИКИ

ТЕРМОМЕТРИЯ Начало XVIII века. Реомюр, Цельсий, Фаренгейт. Система (шкала) измерения температур по Цельсию отправные ТЕРМОМЕТРИЯ Начало XVIII века. Реомюр, Цельсий, Фаренгейт. Система (шкала) измерения температур по Цельсию отправные реперы - температуры замерзания и парообразования воды, принятые Цельсием за 0 и 100 градусов.

ЭНЕРГИЯ (от греч. energia — деятельность). Закон сохранения энергии. Р. Майер, Д. Джоуль, Г. ЭНЕРГИЯ (от греч. energia — деятельность). Закон сохранения энергии. Р. Майер, Д. Джоуль, Г. Гельмгольц, Э. Ленц Сохранение энергии связано с однородностью времени, что можно упрощенно и образно представить как неизменность темпа времени в разные моменты его течения.

САДИ КАРНО (1796 -1832 ГГ. ) «Размышления о движущей силе огня и о машинах, САДИ КАРНО (1796 -1832 ГГ. ) «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» . - начало термодинамики «Тепло не что иное, как движущая сила, вернее, движение, изменившее свой вид; это движение частиц тела. » «Движущая сила существует в природе в неизменном количестве; она, собственно говоря, никогда не создается и не уничтожается. »

ПЕТЕРБУРГСКИЙ АКАДЕМИК ГЕРМАН ГЕСС в 1840 г. положение о сохранении количества теплоты, выделяющейся при ПЕТЕРБУРГСКИЙ АКАДЕМИК ГЕРМАН ГЕСС в 1840 г. положение о сохранении количества теплоты, выделяющейся при химических реакциях независимо от способов перехода, если только физическое состояние веществ не изменяется

СЕРЕДИНА XIX ВЕКА Английский физик Джеймс Джоуль (1818 -1889) в 1841 г. Российский академик СЕРЕДИНА XIX ВЕКА Английский физик Джеймс Джоуль (1818 -1889) в 1841 г. Российский академик физик и электротехник Эмилий Ленц (1804 -1865 гг. ) в 1842 г. Закон о количестве выделяющегося тепла, который получил впоследствии имя Джоуля. Ленца.

РОБЕРТ МАЙЕР (1814 -1878 ГГ. ) исследовал различные виды сил (энергий): механическую силу, силу РОБЕРТ МАЙЕР (1814 -1878 ГГ. ) исследовал различные виды сил (энергий): механическую силу, силу падения (не до конца осознавая, что она является некоторым видом потенциальной энергии), теплоту, электричество, химическую силу. Таблица всех рассмотренных сил, 25 случаев перехода одной формы движения (силы, энергии) в другую, анализируя их на основе закона сохранения. 1851 г. работа «Замечания о механическом эквиваленте теплоты»

ВИДЫ ЭНЕРГИИ В механике два вида энергии — кинетическая и потенциальная. Кинетическая — энергия ВИДЫ ЭНЕРГИИ В механике два вида энергии — кинетическая и потенциальная. Кинетическая — энергия движения, потенциальная — энергия положения (состояния)

В НЕДРАХ СОЛНЦА осуществляется слияние ядер атомов водорода с образованием ядер гелия и выделением В НЕДРАХ СОЛНЦА осуществляется слияние ядер атомов водорода с образованием ядер гелия и выделением огромной энергии связи в виде кинетической энергии продуктов термоядерной реакции, которая рассеивается в окружающей среде в виде тепла и излучения

В АВТОМОБИЛЬНОМ ДВИГАТЕЛЕ водород и углерод бензина связываются с кислородом — выделяется и превращается В АВТОМОБИЛЬНОМ ДВИГАТЕЛЕ водород и углерод бензина связываются с кислородом — выделяется и превращается в тепло опять энергия связи (в данном случае — химической)

В УРАНОВЫХ ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРАХ с помощью которых уже сейчас производят примерно 15% электроэнергии в В УРАНОВЫХ ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРАХ с помощью которых уже сейчас производят примерно 15% электроэнергии в мире, источником энергии служит деление ядер урана. Выделяется энергия связи: во фрагментах разделившегося ядра урана нуклоны связаны прочнее, чем в исходном ядре, и разница энергий связи и переходит в кинетическую энергию продуктов деления, а затем в тепло

ВОДОРОД — основной элемент Вселенной, и синтез гелия из него — основной, первичный, источник ВОДОРОД — основной элемент Вселенной, и синтез гелия из него — основной, первичный, источник энергии для всех наблюдаемых нами процессов. Все наши земные горючие ископаемые и кислород атмосферы — это продукт воздействия на Землю энергии Солнца, которая обусловлена синтезом гелия из водорода. Излучение Солнца разрывает химические связи и запускает сложные цепочки реакций, которые приводят к накоплению потенциальной химической энергии их продуктов.

РЕЗЮМЕ Энергия — физическая характеристика, введенная когда-то учеными, определяет потенциальную возможность системы совершить механическую РЕЗЮМЕ Энергия — физическая характеристика, введенная когда-то учеными, определяет потенциальную возможность системы совершить механическую работу. Без энергии невозможно существование жизни. Вопрос, связанный с механизмами использования и добычи энергии, относится к энергетике. В процессе жизнедеятельности, в том числе, и при решении энергетических проблем, человечество столкнулось с вопросами несовместимости человеческих потребностей и природных возможностей. Это сложнейшая экологическая проблема современности!

3. 5. ПОНЯТИЕ КАЧЕСТВА ЭНЕРГИИ, ЭНТРОПИЯ, ВТОРОЕ НАЧАЛО (ПРИНЦИП) ТЕРМОДИНАМИКИ И ПРИНЦИП МИНИМУМА ПРОИЗВОДСТВА 3. 5. ПОНЯТИЕ КАЧЕСТВА ЭНЕРГИИ, ЭНТРОПИЯ, ВТОРОЕ НАЧАЛО (ПРИНЦИП) ТЕРМОДИНАМИКИ И ПРИНЦИП МИНИМУМА ПРОИЗВОДСТВА ЭНТРОПИИ

ТЕПЛОТА — энергия неупорядоченного, хаотического движения частиц (молекул газа, например). переход всех видов энергии ТЕПЛОТА — энергия неупорядоченного, хаотического движения частиц (молекул газа, например). переход всех видов энергии в тепло — это наиболее распространенный процесс и в природе и в технике. Переход механической, химической или иной энергии в тепло — необратим. Хаотическое же движение молекул уже нельзя даже с помощью специальных ухищрений полностью преобразовать в какую-либо полезную, связанную с упорядоченным движением, работу, такую как, например, подъем груза на некоторую высоту. Качество энергии понижается в результате перехода ее в тепло.

ПОЛЕЗНАЯ РАБОТА В термодинамическом смысле полезной следует называть такую произведенную над некоторой системой работу, ПОЛЕЗНАЯ РАБОТА В термодинамическом смысле полезной следует называть такую произведенную над некоторой системой работу, результатом которой является увеличение порядка в этой системе.

ТЕМПЕРАТУРА количественная мера степени нагретости тела, которая пропорциональна средней величине кинетической энергии составляющих его ТЕМПЕРАТУРА количественная мера степени нагретости тела, которая пропорциональна средней величине кинетической энергии составляющих его молекул

ТЕМПЕРАТУРА (которую называют еще термодинамической температурой и измеряют во внесистемных единицах — Кельвинах) не ТЕМПЕРАТУРА (которую называют еще термодинамической температурой и измеряют во внесистемных единицах — Кельвинах) не может быть отрицательной. Минимальное значение — 0. Соответствует нулевой кинетической энергии беспорядочного движения молекул. В реальных процессах достигнута быть не может.

ПЕРЕХОД потенциальной и кинетической энергии упорядоченного движения или расположения в тепло, а затем выравнивание ПЕРЕХОД потенциальной и кинетической энергии упорядоченного движения или расположения в тепло, а затем выравнивание температур — это переход системы из состояния менее вероятного в состояние более вероятное. Процессы протекают самопроизвольно при отсутствии внешних воздействий на систему.

ВТОРОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ Направленность всех самопроизвольно протекающих процессов в сторону увеличения вероятности состояния системы ВТОРОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ Направленность всех самопроизвольно протекающих процессов в сторону увеличения вероятности состояния системы и понижения качества энергии — их необратимость. До появления понятия энтропии. Первоначально - изолированные системы.

РУДОЛЬФ КЛАУЗИУС (1822 -1888 ГГ. ), НЕМЕЦКИЙ ФИЗИК «теплота не может переходить сама собой РУДОЛЬФ КЛАУЗИУС (1822 -1888 ГГ. ), НЕМЕЦКИЙ ФИЗИК «теплота не может переходить сама собой от более холодного тела к более теплому»

УИЛЬЯМ ТОМСОН (БАРОН КЕЛЬВИН) сформулировал принцип Карно, «невозможно существование такой тепловой машины, которая производила УИЛЬЯМ ТОМСОН (БАРОН КЕЛЬВИН) сформулировал принцип Карно, «невозможно существование такой тепловой машины, которая производила бы путем охлаждения моря или земли механическую работу в любом количестве, вплоть до исчерпания теплоты суши и моря»

ОБРАТНЫЕ ПРОЦЕССЫ Из более вероятного состояния в менее вероятное самопроизвольно не протекают. Подвод энергии ОБРАТНЫЕ ПРОЦЕССЫ Из более вероятного состояния в менее вероятное самопроизвольно не протекают. Подвод энергии из какого-либо внешнего источника. Изобретение паровой машины Для преобразования хаотического движения в организованное —тепла в работу.

КАРНО такое преобразование не может быть полным — часть тепловой энергии обязательно должна быть КАРНО такое преобразование не может быть полным — часть тепловой энергии обязательно должна быть диссияирована, рассеяна (отдана холодильнику). Отсюда следует кельвинский вариант формулировки второго начала термодинамики: невозможен процесс, единственным результатом которого было бы поглощение теплоты от нагревателя и полное преобразование этой теплоты в работу.

ВТОРОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ процессы на естественные — переход работы в тепло, самопроизвольный переток тепла ВТОРОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ процессы на естественные — переход работы в тепло, самопроизвольный переток тепла от горячего тела к холодному на противоестественные

ЭНТРОПИЯ Клаузиус Энтропия (от греч. еп — в, внутри + trope — поворот, превращение) ЭНТРОПИЯ Клаузиус Энтропия (от греч. еп — в, внутри + trope — поворот, превращение) – мера внутренней неупорядоченности системы где приращение энтропии системы увеличение количества тепла получаемого системой, переход системы из одного состояния в другое происходит обратимым образом, Т — температура системы. Любой самопроизвольно протекающий в замкнутой изолированной системе процесс должен увеличивать эту величину.

ВЫРАВНИВАНИЕ ТЕМПЕРАТУР В НЕРАВНОМЕРНО НАГРЕТОМ ТЕЛЕ некоторое количество тепла перейдет от горячей части к ВЫРАВНИВАНИЕ ТЕМПЕРАТУР В НЕРАВНОМЕРНО НАГРЕТОМ ТЕЛЕ некоторое количество тепла перейдет от горячей части к холодной — одна часть теряет (рассеивает), а другая приобретает одно и то же количество тепла. Энергия системы не изменится, но горячая часть системы потеряет тепло при большей температуре Т 1, чем холодная при температуре Т 2 ее приобретет, и, значит, потеря энтропии горячей частью будет меньшей, чем ее увеличение в холодной — энтропия всей системы возрастет:

СТАТИСТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНТРОПИИ Австрийский физик Людвиг Больцман (1844 -1906 гг. ). Связь энтропии системы СТАТИСТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНТРОПИИ Австрийский физик Людвиг Больцман (1844 -1906 гг. ). Связь энтропии системы с вероятностью макроскопического состояния системы k — так называемая постоянная Больцмана, равная отношению универсальной газовой постоянной R к числу Авогадро NA. Величина W представляет собой число способов, которыми можно осуществить (создать, организовать) данную систему, и эта величина определяет вероятность реального ее осуществления (организации)

ДЛЯ ЗАМКНУТЫХ СИСТЕМ находящихся в условиях постоянства температуры и объема, закон возрастания энтропии переходит ДЛЯ ЗАМКНУТЫХ СИСТЕМ находящихся в условиях постоянства температуры и объема, закон возрастания энтропии переходит в закон уменьшения свободной энергии F Гельмгольца F = E—TS, Е — полная энергия

ДЛЯ ПОСТОЯННЫХ ТЕМПЕРАТУР И ДАВЛЕНИЯ закон возрастания энтропии переходит в закон убывания свободной энергии ДЛЯ ПОСТОЯННЫХ ТЕМПЕРАТУР И ДАВЛЕНИЯ закон возрастания энтропии переходит в закон убывания свободной энергии Гиббса Ф Ф = Н—TS, Н — так называемая энтальпия (от греч. enthalpo — нагреваю), функция независимых переменных — давления и энтропии, однозначно определяющая состояние физической системы. Энтальпия иначе также называется термодинамическим потенциалом

ЛОКАЛЬНАЯ ФОРМУЛИРОВКА ВТОРОГО НАЧАЛА Для открытых систем переходят к локальной формулировке второго начала термодинамики. ЛОКАЛЬНАЯ ФОРМУЛИРОВКА ВТОРОГО НАЧАЛА Для открытых систем переходят к локальной формулировке второго начала термодинамики. Общее изменение энтропии открытой системы DS представляют в виде суммы двух слагаемых: где — изменение энтропии, обусловленное внутренними (internal) процессами в системе; — изменение энтропии системы, обусловленное внешними (external) причинами — контактом со средой. Скорость изменения энтропии отнесенная к единице объема системы, называется производством энтропии s.

ЛОКАЛЬНАЯ ФОРМУЛИРОВКА ВТОРОГО НАЧАЛА утверждает, что производство энтропии всегда положительно. На более сильном утверждении ЛОКАЛЬНАЯ ФОРМУЛИРОВКА ВТОРОГО НАЧАЛА утверждает, что производство энтропии всегда положительно. На более сильном утверждении о минимуме производства энтропии, Илья Пригожин основал теорию диссипативных структур, одну из современных теорий самоорганизации, наряду с синергетикой, теорией катастроф, автопоэзиса, теорией сложности и др.

ЭРВИН ШРЕДИНГЕР Живые организмы отдают энтропию внешней среде, т. е. тем самым поддерживают свой ЭРВИН ШРЕДИНГЕР Живые организмы отдают энтропию внешней среде, т. е. тем самым поддерживают свой гомеостаз за счет поглощения отрицательной энтропии — негэнтропии, как ее назвал французский физик Леон Бриллюэн.

ВСЕЛЕННАЯ Изолированная система (по отношении к ней нет никакой «внешней среды» , - мир ВСЕЛЕННАЯ Изолированная система (по отношении к ней нет никакой «внешней среды» , - мир должен непрерывно деградировать. Температура межгалактической среды (которая равна в настоящее время приблизительно 2, 73 К — это температура так называемого реликтового излучения (см. главу 6). Если бы Вселенная существовала вечно, она давно уже была бы мертвой. Клаузиус - неизбежная тепловая смерть Вселенной.

ЭНТРОПИЯ используется в разрешении проблемы жизни. Отрицательные величины – негэнтропией Теория информации - мера ЭНТРОПИЯ используется в разрешении проблемы жизни. Отрицательные величины – негэнтропией Теория информации - мера неопределенности ситуации. Теории самоорганизации (синергетика) диссипативные структуры и др.

РЕЗЮМЕ И ВОПРОСЫ ДЛЯ ОБСУЖДЕНИЯ 1) Формулировка понятий энтропии и второго начала термодинамики в РЕЗЮМЕ И ВОПРОСЫ ДЛЯ ОБСУЖДЕНИЯ 1) Формулировка понятий энтропии и второго начала термодинамики в середине XIX века привела к двум проблемам, вошедшим в число центральных для всей науки и нерешенных в полном объеме до сих пор. 2) Первая проблема, практически незатронутая в этом пункте, — это проблема обратимости во времени уравнений механики, вступающей в противоречие для неравновесных систем с временной необратимостью происходящих в них процессов. 3) Вторая проблема связана с противоречием между вторым началом и прогрессивной эволюцией в сторону упорядочения, усложнения. 4) Эта проблема искусственна и возникла, скорее всего, из-за непонимания природы энтропии во всей ее глубине. Оказалось, что энтропия не может служить мерой сложности и что эволюция в сторону усложнения вообще не противоречит эволюции в сторону возрастания энтропии. Полуторавековое обсуждение этой проблемы способствовало более глубокому осмыслению понятия энтропия. 5) И последнее обсуждение этой проблемы в свое время стимулировало создание синергетики, поднявшей теорию самоорганизации на новый уровень.

ВОПРОСЫ? ВОПРОСЫ?