Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
15.Термодинамика и
статистическая физика
Термодинамика ограничивается
изучением особенностей превращения
тепловой формы движения в другие,
не интересуясь вопросами
микроскопического движения частиц,
составляющих вещество.
Термодинамика рассматривает
системы, между которыми возможен
обмен энергией, без учета
микроскопического строения тел,
составляющих систему, и
характеристик отдельных частиц.
Различают термодинамику
равновесных систем или систем,
переходящих к равновесию
(классическая, или равновесная
термодинамика) и термодинамику
неравновесных систем (неравновесная
термодинамика) Классическая
термодинамика чаще всего
называется просто термодинамикой и
именно она составляет основу так
называемой Термодинамической
Картины Мира (ТКМ), которая
сформировалась к середине 19 в.
Неравновесная термодинамика
получила развитие во второй
половине 20-го века и играет особую
роль при рассмотрении биологических
систем и феномена жизни в целом.
Молекулярно-кинетическая теория. В
отличие от термодинамики
молекулярно-кинетическая теория
характеризуется рассмотрением
различных макроскопических
проявлений систем как результатов суммарного действия огромной совокупности хаотически движущихся молекул. Молекулярно- кинетическая теория использует статистический метод, интересуясь не движением отдельных молекул, а только средними величинами, которые характеризуют движение огромной совокупности частиц. Отсюда второе название молекулярно-кинетической теории - статистическая физика.
16.Первое начало термодинамики.
Опираясь на работы Джоуля и Майера,
Клаузнус впервые высказал мысль,
сформировавшуюся впоследствии в
первое начало термодинамики. Он сделал
вывод, что всякое тело имеет
внутреннюю энергию и . Клаузиус назвал
ее теплом, содержащимся в теле, в
отличие от "тепла О., сообщенного тепу".
Внутреннюю энергию можно увеличить
двумя эквивалектными способами:
проведя над телом механическую работу
А, или сообщая ему количество теплоты
д. -Ц=0+А В 1860 г. У. Томсон
окончательно заменив устаревший
термин "сила" термином "энергия",
записывает первое начало
термодинамики в следующей
формулировке: количество теплоты,
сообщенное газу, идет на увеличение
внутренней энергии газа и совершение
газом внешней работы. <}= * и+А Для
бесконечно малых изменений имеем
й<2=сШ+с1А Первое начало
термодинамики, или закон сохранения энергии, утверждает баланс энергии и работы. Его роль можно сравнить с ролью своеобразного «бухгалтера» при взаимопревращения различных видов энергии друг в друга. 17. Энтропия. Термодинамическая трактовка.
После введения понятия энтропии стало
ясно, где пролегает эта граница. Дело в
том, что нельзя говорить о том, что в
теле заключено какое-то количество
теплоты. Теплота может передаваться от
тела к телу, переходить в работу,
возникать при трении, но при этом она
(теплота) не является сохраняющейся
величиной. Поэтому теплота
определяется в физике не как вид энергии, а как мера изменения энергии. А вот энтропия в обратимых процессах (в частности в идеальном цикле Карно) сохраняется. Энтропия, таким образом, характеризует состояние системы. Все это означает, что энтропия системы может рассматриваться как функция состояния системы, т.к. изменение ее не зависит от вида процесса, а определяется лишь начальным и конечным состоянием системы.
18. Энтропия. Вероятностная трактовка.
Макроскопическое и
микроскопическое описание объектов
природы. Различные объекты и
явления природы (системы) могут
быть описаны как на микро-, так и на
макроуровне, на основе их
микрососгояния или макросостояния
Сами понятия микро- и макро-
отражают в какой-то степени наши
представления о размерах объектов
природы. Макросостояние. Состояние
макроскопического тела (системы),
заданное с помощью
макропараметров (параметров,
которые могут быть измерены
макроприборами - давления,
температуры, объемом и другими
макроскопическими величинами,
характеризующими систему в целом),
называют иакросостоянием.
Микросостояние. Состояние
макроскопического тела,
охарактеризованное настолько
подробно, что заданы состояния всех
образующих тело молекул,
называется микросостоянием.
Термодинамика, как уже говорилось,
рассматривает тепловые процессы в
системах на макроскопическом
уровне, оперируя макропараметрами:
температура, теплота, давление,
объем. Статистическая физика, или
молекулярно-кинетическая теория
рассматривает тепловые явления на
микроуровне - с точки зрения
движения молекул - их скорости,
кинетической энергии.
Термодинамика, опираясь на понятие энтропии, четко различает обратимые и необратимые процессы. Способна ли не это статистическая физика? Другими словами, существует ли для микросостояния понятие аналогичное энтропии? Утвердительно ответить на этот вопрос позволили работы великого австрийского физика Людвига Больцмана, в которых отличие обратимых процессов от необратимых было сведено с макроскопического уровня на микроскопический.
19.Сущностъ второго начала термодинамики.
Возможность построения машины без
холодильника, т.е. с КПД - 1, которая
могла бы превращать в работу всю
теплоту, заимствованную у теплового
резервуара, не противоречит закону
сохранения энергии. Такая машина, по
сути, была бы аналогична регреЬшт
тоЫ1е (вечному двигателю), так как
могла бы производить работу за счет
практически неисчерпаемых источников
энергии, содержащихся в воде морей,
океанов, атмосфере и недрах Земли.
Такую машину У. Оствальд (1853-1932)
назвал регрешигп тоЫ1е II рода ( в
отличие от регрегиит тооИе I рода -
вечного двигателя, производящего
работу из ничего). Карно же исходил из
невозможности вечного двигателя,
опираясь на многочисленные опытные
факты и утверждая, что в любом
непрерывном процессе превращения
теплоты от горячего нагревателя в
работу непременно должна происходить
отдача тепла холодильнику. Таким
образом, здесь проявляется общее
свойство теплоты - уравнивание
температурной разницы путем перехода
от теплых тел к холодным. Это
положение Клаузиус и предложил
назвать «Вторым началом механической
теории теплоты». Боли Первое начало
термодинамики утверждает закон
сохранения энергии, ее баланс, то Второе
начало определяет направления
превращения энергии, и если в
предыдущей лекции Первому началу
была сопоставлена роль «бухгалтера», то
Второе начало выступает скорее как
«диспетчер», определяющий
направление энергетических потоков.
20.Стрела времени
Время - одно из самых загадочных
понятий философии и естествознания.
Это - одно из фундаментальных
понятий научной картины мира.
Блаженный Августин, христианский
теолог и церковный деятель (354-430)
признавался: пока его никто не
спрашивает о том, что такое время,
он это понимает, но когда хочет
ответить на такой вопрос, попадает в
тупик. «Душа моя горит желанием
проникнуть в эту необъяснимую для
нее тайну» — говорил он. Нам
известно одно неотъемлемое свойство
времени - его направленность от
прошлого к будущему. Действительно,
при описании любых явлений, с
которыми человеку приходится иметь
дело, прошлое и будущее играют
разные роли [4]. Это справедливо для
физики, изучающей макроскопические
явления (для микромира, на
фундаментальном уровне описания
этой направленности времени не
существует), биологии, геологии,
гуманитарных наук. Почему это
именно так и не иначе? Известный
физик Эддингтон придумал яркое
название «стрела времени». Итак,
фактически мы имеем три «стрелы
времени»: 1космологическую
(расширение вселенной); 1
психологическую (субъективное
восприятие, опыт);
1термодинамическую (рост энтропии). Тот факт, что эти «стрелы времени» в настоящее время е нашей Вселенной совпадают, является одной из загадок современной картины мира.
21.Проблема тепловой смерти Вселенной и флуктуационная гипотеза Больцмана.
Согласно второму началу ТД все
физические процессы протекают в
направлении передачи тепла от более
горячих тел к менее горячим, а это
означает, что медленно, но верно
идет процесс выравнивания
температуры во Вселенной.
Следовательно, в будущем ожидается
исчезновение температурных
различий и превращение всей
мировой энергии в тепловую,
равномерно распределенную во
Вселенной. Вывод Клаузиуса был
следующим: 1 Энергия мира
постоянна. 23нтропия мира
стремится к максимуму. Таким
образом, тепловая смерть Вселенной
означает полное прекращение всех
физических процессов вследствие
перехода Вселенной в равновесное
состояние с максимальной энтропией.
Флуктуации. Проблему будущего
развития Вселенной пытался
разрешить Л. Больцман. Он так же
считал Вселенную замкнутой
изолированной системой, однако
применил к ней понятия флуктуации.
Под флуктуацией физической
величины понимается отклонение
истинного значения величины от ее
среднего значения, обусловленное
хаотическим тепловым движением
частиц системы. Больцман
рассматривал видимую часть Вселенной как небольшую область бесконечной Вселенной. Для такой области допустимы флуюуационные отклонения от равновесия, благодаря чему в целом исчезает необратимая эволюция Вселенной к хаосу и тепловой смерти.
22. Теория электромагнитного
поля Д. Максвелла
Теорию поля Д. Максвелл
разрабатывает в своих трудах «О
физических линиях силы» (1861-1865)
и «Динамическая теория поля (1864-
1865). В последней работе и была
дана система знаменитых уравнений,
которые (по словам Герца)
составляют суть теории Максвелла.
Эта суть сводилась к тому, что
изменяющееся магнитное поле
создает не только в окружающих
телах, но и в вакууме вихревое
электрическое поле, которое, в свою
очередь, вызывает появление
магнитного поля. Таким образом, в
физику была введена новая
реальность - электромагнитное поле.
Это ознаменовало начало нового
этапа в физике - этапа, на котором
электромагнитное поле стало
реальностью, материальным
носителем взаимодействия.
Анализируя свои уравнения, Максвелл
пришел к выводу, что должны
существовать электромагнитные
волны, причем скорость их
распространения должна равняться
скорое™ света, Отсюда вывод: свет -
разновидность «электромагнитных
волн. На основе своей теории
Максвелл предсказал существование
давления, оказываемого
электромагнитной волной, а, следовательно, и светом, что было блестяще доказано экспериментально в 1906 г. П.Н. Лебедевым.
23. Постулаты и основные
следствия СТО
Принципиально новый подход к
вышеупомянутым вопросам
предложил Эйнштейн (1879-1955),
разработавший в 1905 г. но-вую
теорию пространства и времени,
получившую название специальной
теории относительности (СТО).
Основу СТО составляют два постулата
(принципа): 1.принцип
относительности Эйнштейна. Этот принцип явился обобщением принципа относительности Галилея на любые физические явления. Он гласит: все физические процессы при одних и тех же условиях в ИСО протекают одинаково. Это означает, что никакими физическими опытами, проведенными внутри замкнутой ИСО, нельзя установить, покоится ли она или движется равномерно и прямолинейно. Таким образом, все ИСО совершенно равноправны, а физические законы инвариантны по отношению к выбору ИСО. 2.Принцип постоянства скорости света. Скорость света в вакууме постоянна и не зависит от движения источника и приемника света. Она одинакова во всех направлениях и во всех инерциальных системах отсчета. Скорость света в вакууме предельная скорость в природе. Это одна из важнейших физических постоянных, так называемых мировых констант. Важнейшим следствием СТО явилась знаменитая формула Эйнштейна о взаимосвязи массы и энергии Е = мс2, подтвержденная данными современной физики.