Тема 2-04-03. Принцип возрастания энтропии
Одно из основных свойств энтропии заключается в том, что …
энтропия
любой системы – это обычная физическая
величина, которую можно измерять и
вычислять
энтропия
системы служит мерой степени ее
изолированности от окружающего мира
с
ростом энтропии системы растет степень
упорядоченности в системе
энтропия
представляет собой особую характеристику
материальных систем, которая не поддается
измерению или вычислению
Одна из возможных формулировок второго закона термодинамики гласит, что …
энергия
изолированной системы с течением времени
количественно не меняется, а качественно
улучшается
беспорядок
в изолированной от внешнего мира системе
неизбежно нарастает, а имеющиеся в ней
структуры разрушаются
беспорядок
в любой открытой системе с течением
времени нарастает, а имеющиеся в ней
структуры разрушаются
энтропия
изолированной системы с течением времени
не меняется, что бы в системе ни происходило
Одинаковые количества чистого кремнезема (диоксида кремния SiO2) при одном и том же давлении (атмосферном) находятся в разных состояниях (определяемых температурой и историей образца) – пара, расплава, горного хрусталя (кристалл), кварцевого стекла (аморфного). Из них самой низкой энтропией обладает …
пар
SiO2
расплав
SiO2
горный
хрусталь
кварцевое
стекло
В классической книге Ю. Одума «Основы экологии» говорится, что при протекании потока энергии по трофическим цепям качество энергии на каждом следующем трофическом уровне существенно выше, чем на предыдущем. Это не противоречит второму закону термодинамики, требующему, чтобы качество энергии во всех процессах в целом понижалось, поскольку …
согласно
четвертому закону экологии, сформулированному
не менее известным экологом Б. Коммонером,
«природа знает лучше»
выводы
Одума являются чисто умозрительными,
философскими, и не могут сопоставляться
с таким строгим количественным законом
природы, как второй закон термодинамики
законы
термодинамики, в том числе второй закон,
сформулированы в физике, которая
занимается изучением неживой природы,
а функционирование экосистем определяется
живыми организмами
с
каждого трофического уровня на следующий
переходит не более 10 % энергии
(высококачественной), а остальные 90 %
(низкокачественной) энергии рассеиваются
в окружающей среде
Живые организмы способны длительное время поддерживать упорядоченное (низкоэнтропийное) состояние своей внутренней среды в процессе жизнедеятельности и даже уменьшать свою энтропию – например, в ходе индивидуального развития или выздоровления после ранения или болезни. Это не противоречит второму закону термодинамики, требующему увеличения энтропии в ходе любого процесса, поскольку …
защитные
системы живых организмов эффективно
противостоят потокам энтропии из
окружающей среды, подобно тому как они
сопротивляются внешним инфекциям
второй
закон термодинамики справедлив только
для примитивных систем, не способных
целенаправленно управлять своим
состоянием
как
считал В. И. Вернадский, живые
организмы подчиняются не второму закону
термодинамики (закону рассеяния энергии),
а противоположному закону – концентрации
энергии (понижения энтропии в живом
веществе)
в
ходе обмена веществ организм эффективно
выносит производимую в ходе жизнедеятельности
энтропию в окружающую среду
Общий смысл _________ закона термодинамики заключается в том, что энергию невозможно произвести и невозможно израсходовать.
третьего
и
первого, и второго
первого
второго
Общий смысл ______________ закона термодинамики заключается в том, что в мировых процессах преобладает тенденция к деградации.
второго
и
первого, и второго
первого
третьего
Энтропия системы служит мерой …
устойчивости
системы к распаду
температуры
системы
тепловой
энергии системы
неупорядоченности
и бесструктурности системы
Если система эволюционирует в направлении роста упорядоченности, то ее энтропия …
увеличивается
не
меняется
уменьшается
может
и увеличиваться, и уменьшаться
Одна из формулировок второго закона термодинамики гласит, что с течением времени…
тепловая
энергия самопроизвольно переходит от
горячих тел к холодным
в
открытой системе обязательно возникают
упорядоченные структуры
качество
энергии изолированной системы повышается
качество
энергии изолированной системы не может
изменяться
Не относится к числу известных в физике и вообще в естественных науках форм энергии …
потенциальная
и кинетическая энергия
тепловая
энергия
положительная
и отрицательная психоэнергия
ядерная
энергия
Законы термодинамики не запрещают устройства, которое …
производит
полезную работу 15 кДж, сжигая для этого
топливо с общей теплотворной способностью
15 кДж
производит
полезную работу 15 кДж, не потребляя при
этом энергии
производит
полезную работу 15 кДж, сжигая для этого
топливо с общей теплотворной способностью
6 кДж
производит
полезную работу 6 кДж, сжигая для этого
топливо с общей теплотворной способностью
15 кДж
К числу возможных формулировок второго закона термодинамики не принадлежит утверждение о том, что …
в
изолированной системе беспорядок
неизбежно нарастает, а имеющиеся
структуры разрушаются
энтропия
изолированной системы с течением времени
возрастает или остается постоянной
энтропия
любой системы стремится к нулю при
стремлении к абсолютному нулю температуры
этой системы
запрещен
любой процесс, единственным результатом
которого было бы превращение тепловой
энергии в равное количество механической
работы
Используя введенное Людвигом Больцманом понимание энтропии как меры беспорядка, можно вычислять энтропию не только природных систем, но и текстов, как созданных человеком, так и естественных (последовательность нуклеотидов в ДНК, последовательность аминокислот в белковой молекуле и так далее). Укажите, какой из приведенных текстов обладает максимальной энтропией.
ЪДЕЩТОЩРТУЬЗЕНЫ
ЛН
АААААААААААААААААА
ДЫР
БУЛ ЩИР УБЕЩУР
МАМА
ОЛИ МЫЛА РАМУ
Энтропия системы может изменяться …
только
в сторону увеличения, если система
открытая
как
в сторону увеличения, так и в сторону
уменьшения, если система открытая
как
в сторону увеличения, так и в сторону
уменьшения, если система изолированная
только
в сторону уменьшения, если система
изолированная
Обозначим:
–
количество энтропии, которое Земля
ежегодно получает с потоком солнечного
света;
–
количество энтропии, которое Земля
ежегодно отправляет в космос с потоком
собственного теплового излучения;
–
количество энтропии, которое ежегодно
производится на Земле во всех происходящих
на ней процессах.
Тогда, учитывая, что
на Земле с течением времени постоянно
возникали все более сложные и упорядоченные
структуры (например, биосфера и
человеческое общество), должно иметь
место неравенство …
С точки зрения термодинамики, отапливать дома электрообогревателями крайне невыгодно, поскольку …
электрическую
энергию трудно превратить в тепловую
без больших потерь
электрообогреватели
гораздо опаснее для здоровья населения,
чем привычные батареи, по которым
циркулирует горячая вода
при
этом высококачественная электрическая
энергия целенаправленно превращается
в низкокачественную тепловую
это
требует прокладки мощных линий
электропередачи и строительства
технически сложных и дорогих подстанций
При работе тепловой электростанции не испытывает превращения в другие формы энергии …
механическая
энергия вращения ротора паровой турбины
энергия
ядер атомов топлива
химическая
энергия топлива
тепловая
энергия, выделяющаяся при сжигании
топлива
С точки зрения термодинамики, предприятия электроэнергетики …
превращают
неудобные для использования формы
энергии частично в электроэнергию,
частично в низкокачественные формы
энергии
производят
на выходе больше электрической энергии,
чем потребляют тепловой, ядерной или
другой энергии на входе
превращают
низкокачественные формы энергии
полностью в высококачественную
электрическую энергию
создают
электрическую энергию из различных
веществ
Между вторым законом термодинамики, утверждающим, что в мире преобладает деградация (рост энтропии), и биологическим эволюционизмом, утверждающим закономерность возникновения все более сложных и высоко организованных организмов, в действительности нет противоречия, поскольку …
эволюционная
теория – основа биологии, лидирующей
в современном естествознании, а
противоречащий ей закон роста энтропии
отвергнут
второй
закон термодинамики надежно подтвержден
опытом, значит, противоречащая ему
эволюционная теория просто неверна
закон
роста энтропии непосредственно применим
лишь к изолированным системам и не
противоречит выводам биологии, имеющей
дело с открытыми системами
живые
организмы не подчиняются физическим
законам, которые применимы лишь к неживым
объектам
Основное предназначение тормозных колодок автомобиля, с точки зрения термодинамики, заключается в …
превращении
химической энергии топлива в механическую
энергию движения автомобиля
Задачу превращения химической энергии топлива в механическую энергию движения автомобиля решают не тормозные колодки, а двигатель автомобиля.
превращении
механической энергии движения автомобиля
в механическую энергию движения
окружающих его тел
Превращение механической энергии движения автомобиля в механическую энергию движения окружающих его тел происходит, если тормозные колодки не сработали и автомобиль столкнулся с каким-то из окружающих тел, – например другим автомобилем.
быстром
и, по возможности, бесследном уничтожении
энергии движения автомобиля
Энергия подчиняется закону сохранения. Она не может возникать ниоткуда и исчезать бесследно, даже с помощью тормозных колодок. Все, что может с ней происходить, – превращение из одной формы в другую.
превращении
механической энергии движения автомобиля
в тепловую
Одно из основных свойств энтропии заключается в том, что …
с
ростом энтропии системы растет степень
упорядоченности в системе
Наоборот: энтропия – это мера неупорядоченности системы, мера отсутствия в ней структур.
энтропия
любой системы – это обычная физическая
величина, которую можно измерять и
вычислять
энтропия
представляет собой особую характеристику
материальных систем, которая не поддается
измерению или вычислению
Если бы энтропия не поддавалась измерению или вычислению, физики, химики и биологи не пользовались бы этим понятием столь широко. В естествознании принято пользоваться такими характеристиками объектов, которые могут быть выражены числом, то есть вычислены и измерены.
энтропия
системы служит мерой степени ее
изолированности от окружающего мира
Сама по себе величина энтропии ничего не говорит о том, изолирована система или открыта. Кое-какую информацию об открытости системы может дать только динамика изменения ее энтропии, да и то не всегда. Например, если энтропия системы понижается, то это однозначно говорит, что система открытая (энтропия изолированной системы, по второму закону термодинамики, понижаться не может). Однако если энтропия системы растет, это не означает, что система изолирована: никакой закон природы не запрещает энтропии открытой системы также увеличиваться с течением времени.
Установите соответствие между формулировками второго закона термодинамики и свойствами энтропии. 1. Невозможен процесс, единственным результатом которого служит превращение тепловой энергии в полезную работу. 2. Изолированная система с течением времени неизбежно переходит во все более однородное состояние. 3. Энтропия изолированной системы с течением времени стремится достичь максимально возможного значения.
Энтропия
– мера беспорядка и бесструктурности.
Энтропия
– мера отсутствия информации.
Энтропия
– измеряемая физическая величина.
Энтропия
– мера некачественности энергии.
Установите соответствие между процессом взаимопревращения форм энергии и устройством, которое предназначено для осуществления этого процесса: 1) превращение химической энергии в электрическую 2) превращение механической энергии в тепловую 3) превращение тепловой энергии в механическую
аккумулятор
сотового телефона
электродвигатель
бытового пылесоса
дизельный
двигатель автомобиля
тормозные
колодки на колесах велосипеда
Установите соответствие между началом и окончанием верного утверждения: 1) Энтропия изолированной системы … 2) Энтропия равновесной системы … 3) Энтропия открытой системы …
с
течением времени строго убывает
не
изменяется с течением времени
может
возрастать, убывать или оставаться
постоянной
с
течением времени возрастает или остается
постоянной
Установите соответствие между описанием устройства и возможностью его существования с точки зрения термодинамики: 1) устройство, не потребляющее энергии, но совершающее работу 2) устройство, полностью превращающее тепловую энергию в работу 3) устройство, превращающее тепловую энергию частично в работу, частично в тепловую энергию при более низкой температуре
невозможно,
так как подобное устройство являлось
бы вечным двигателем первого рода,
нарушающим первый закон термодинамики
возможно,
так как подобное устройство представляет
собой обычную тепловую машину (например,
двигатель внутреннего сгорания), не
нарушающую законов термодинамики
невозможно,
так как являлось бы вечным двигателем
третьего рода, нарушающим третий закон
термодинамики
невозможно,
так как подобное устройство являлось
бы вечным двигателем второго рода,
нарушающим второй закон термодинамики
Соотношение между областями применимости термодинамики и статистической термодинамики иллюстрируется наглядной схемой …
Если бы соотношение областей применимости термодинамики и статистической термодинамики было таким, как указано на выбранном рисунке, то некоторые природные явления, описываемые термодинамикой, невозможно было бы описать ее статистическим аналогом. В действительности таких явлений не обнаружено.
Если бы соотношение областей применимости термодинамики и статистической термодинамики было таким, как указано на выбранном рисунке, то не существовало бы природных явлений, успешно описываемых как термодинамикой, так и ее статистическим аналогом. В действительности таких явлений множество, например расширение газов при нагревании, понижение плотности воздуха с подъемом над поверхностью Земли и тому подобных.
Если бы соотношение областей применимости термодинамики и статистической термодинамики было таким, как указано на выбранном рисунке, то любое природное явление, описываемое статистической термодинамикой, могло бы быть также описано и термодинамикой. В действительности же существуют явления, которые можно описать статистически (например, флуктуации плотности воздуха, рассеяние света на которых придает небу голубой цвет), но невозможно описать с помощью термодинамики.
Одна из возможных формулировок второго закона термодинамики гласит, что …
энергия изолированной системы с течением времени количественно не меняется, а качественно улучшается
Количественное постоянство полной энергии изолированной системы – это смысл первого закона термодинамики. Второй же закон, в одной из своих формулировок, утверждает, что качество энергетического запаса изолированной системы с течением времени обязано понижаться.
энтропия изолированной системы с течением времени не меняется, что бы в системе ни происходило
Энтропия – не энергия, для нее не существует закона сохранения. Второй закон термодинамики в самой общей формулировке утверждает, что энтропия изолированной системы непрерывно возрастает, пока система не достигнет равновесного состояния (в котором уже ничего не происходит).
беспорядок в любой открытой системе с течением времени нарастает, а имеющиеся в ней структуры разрушаются
Второй закон термодинамики сам по себе позволяет делать общие утверждения только относительно изолированных систем. Что касается открытой системы, то предсказание хода событий в ней требует дополнительной информации о деталях взаимодействия системы с окружающей средой. Без этой информации нельзя сказать ничего определенного о том, будет ли упорядоченность открытой системы убывать.
беспорядок в изолированной от внешнего мира системе неизбежно нарастает, а имеющиеся в ней структуры разрушаются
С точки зрения термодинамики, возможно устройство, которое …
производит полезную работу 10 кДж, сжигая для этого топливо с общей теплотворной способностью 10 кДж
Возможность выбранного устройства противоречила бы второму закону термодинамики, требующему, чтобы во всех природных процессах качество энергии понижалось. Тепловая энергия – низкокачественная, а работу легко превратить в равное количество высококачественной энергии (например, механической или электрической). Поэтому описанное устройство было бы вечным двигателем второго рода, «бесплатно» повышающим качество энергии.
производит полезную работу 10 кДж, сжигая для этого топливо с общей теплотворной способностью 2 кДж
Устройство, производящее полезной работы больше, чем потребляет энергии, являлось бы вечным двигателем первого рода. Оно нарушало бы первый закон термодинамики – закон сохранения энергии.
производит полезную работу 10 кДж, не потребляя энергии
Выбранное устройство являлось бы вечным двигателем первого рода, то есть нарушало бы первый закон термодинамики.
производит полезную работу 2 кДж, сжигая для этого топливо с общей теплотворной способностью 10 кДж