Лекции по Концепциям Современного Естествознания (КСЕ)

1-2 – изотермическое расширение газа с температурой T1. При этом газ получает от нагревателя Q1.

2-3 – дальнейшее расширение идеального газа с понижением температуры (адиабатное расширение).

В первых двух процессах совершается работа А.

3-4 – изотермическое сжатие.

4-1 – адиабатное сжатие газа с повышением температуры с T2 до Т1.

Цикл Карно – это обратимый процесс, идущий бесконечно медленно. По циклу Карно считают максимальный КПД (Коэффициент Полезного Действия).

Q1-Q2=Amax

- означает, что КПД идеальной машины зависит только от температуры нагревателя и холодильника.

hобратим>hнеобратимого (самопроизв)

Формулировки второго закона.

Вся теплота никогда не может перейти в работу, часть ее обязательно теряется и передается холодильнику, потому что нельзя полностью исчерпать энергию теплового движения молекул. Можно работу превратить в теплоту. Нельзя создать вечный двигатель второго рода, то есть, нельзя создать такую тепловую машину, которая превращала бы всю теплоту в работу. Обязательно КПД<100%.

Второй закон термодинамики носит статистический, то есть, вероятностный характер, так как он выписан только для системы из большого числа молекул.

Энтропия – это количественная мера той теплоты, которая не переходит в работу.

S2-S1=ΔS=

Если процесс обратимый, то

Энтропия (S) в реальном процессе – затраты на холодильник, лучеиспускание, трение. При обратимом изолированном цикле нет изменения энтропии, она постоянна. В необратимых процессах энтропия возрастает до тех пор, пока система не придет в равновесие, и при этом энтропия будет максимальна. Работа прекращается в состоянии равновесия, A=0. Отсюда Клаудиус вывел возможность тепловой смерти вселенной, так как идёт процесс накопления (повышения) энтропии, и все процессы остановятся, но его (возможно) ошибка была в том, что он исходил из того, что вселенная – замкнутая система.

Энтропия определяет возможность, направление и предел самопроизвольных процессов в замкнутых системах. Энтропия – это количественная мера хаоса в системе.

Больцман:

d=khW – показывает меру беспорядка, или хаоса.

W - Термодинамическая вероятность системы – это число микросостояний, соответствующих данному макросостоянию системы: число способов реализации данного макросостояния.

Если W=1, то S=0 – только идеальный кристалл при Т=0.

Энтропия идеального кристалла при Т=0 равна нулю. Если в кристалле есть хотя бы один дефект, то W=2, и S>0. Sгаза>Sжидк>Sтв.тела

Концепции эволюции реальных систем.

Классическая термодинамика занималась только консервативными (изолированными) системами. В таких системах при самопроизвольных процессах энтропия увеличивается до тех пор, пока не достигнет максимального значения в состоянии равновесия.

Неравновесная термодинамика, сформированная в середине XX века учеными: Пригожин и Хакен. Аппарат классической термодинамики – линейные уравнения, дающие всего одно решение. Аппарат неравновесной термодинамики – это нелинейные уравнения, которые дают несколько альтернативных решений, потому что неравновесная термодинамика описывает реальные процессы в природе, живых организмах, социальном обществе. Открытые системы стремятся к большей организованности, так как энтропия у них не увеличивается. Чем больше информации поступает в систему, тем система более организована, и тем меньше её энтропия. (Шеннон)

Информация – это мера организованности системы. Фотокатод ЭЛТ (Электронно-Лучевой Трубки) телевизора содержит примерно 106 микрофотоэлементов – это число микросостояний. Белый шум – помехи на экране при отсутствии сигнала из телецентра – это увеличение хаотического теплового движения элементов, и энтропия максимальна, это состояние хаоса. При поступлении сигнала (информации) энтропия резко уменьшается, а информация увеличивается.

Кибернетика (Роберт Винер) – связана с управлением открытыми системами, но только теми, у которых есть обратная связь. Положительная обратная связь – поведение системы усиливает внешние воздействия (например, лавина). Отрицательная связь – это поведение системы, при котором внешние воздействия ослабляются. Такая связь стабилизирует процессы в системе (холодильник, термостат и все современные информационные устройства). Гомеостатическая связь – когда внешнее воздействие сводится системой к нулю (Гомеостаз – поддержание постоянной температуры тела).

Немного больше об экологии

Свинец и здоровье человека
О том, что в Перми сложилась непростая экологическая ситуация, впрочем, типичная для многих городов, расположенных вблизи мощного предприятия цветной металлургии, знают все горожане. Такие предприятия насыщают окружающую среду токсическими веществами, в первую оч ...

Методы биоиндикации
Оценка качества воды водоемов и водотоков может быть проведена с использованием физико-химических и биологических методов. Биологические методы оценки - это характеристика состояния водной экосистемы по растительному и животному населению водоема. Любая водная эк ...