- •1. Естественно-научная и гуманитарная культура. Позитивизм и антипозитивизм в науке.
- •2. Объяснение, понимание и предсказание явлений как основные функции науки.
- •3. Эмпирическая и теоретическая стадии исследования.
- •4. Дифференциация знания. Развитие естествознания. Становление современной естественнонаучной картины мира.
- •5. Дисциплинарный и интегративный подходы к изучению мира. Кибернетика как пример междисциплинарного исследования.
- •6. Механическая картина мира. Законы Ньютона.
- •7. Пространство и время. Их свойства в классической механике.
- •8. Принцип относительности в классической механике. Закон всемирного тяготения Ньютона.
- •9. Преобразования Галилея и Лоренца. Пространство и время в теории относительности.
- •Четырехмерное пространство – время
- •10. Универсальные и статические законы. Вероятность события.
- •12. Термодинамика и статическая физика.
- •13. Открытые и замкнутые системы. Обратимы и необратимые процессы.
- •14. Самоорганизация в открытых системах. Условия, необходимые для возникновения процессов самоорганизации.
- •15. Примеры самоорганизующихся систем (ячейки Бенара, реакция Жаботинского-Белоусова, модель «хищник-жертва»)
- •16. Термодинамическая система. Понятие состояния. Равновесные и не равновесные состояния.
- •17. Первое и второе начало термодинамики. Энтропия как функция состояния. Первое начало термодинамики
- •Второе начало термодинамики
- •18. Вероятный смысл энтропии. Закон возрастания энтропии.
Второе начало термодинамики
Первое начало термодинамики не исключает создания такой машины непрерывного действия, которая была бы способна превращать в полезную работу практически всю подводимую к ней теплоту (так называемый вечный двигатель второго рода). Однако КПД тепловых машин меньше единицы. Часть теплоты рассеивается в окружающую среду. Карно показал, что любая тепловая машина должна содержать помимо нагревателя (источника теплоты) и рабочего тела, совершающего термодинамический цикл (например, пара), также и холодильник, имеющий температуру более низкую, чем температура нагревателя. Клаузиус дал второму началу термодинамики следующую формулировку: теплота не может самопроизвольно перейти от системы с меньшей температурой к системе с большей температурой. Он показал, что в любом непрерывном процессе превращения теплоты от нагревателя в работу, непременно должна происходить отдача теплоты холодильнику.
Если машина работает на основе цикла Карно, то на протяжении изотермического контакта с нагревателем (Т = Т1), рабочее тело получает количество теплоты Q1, а на другом изотермическом участке, находясь в контакте с холодильником (Т = Т2), отдает ему количество теплоты Q2. Отношение Q2/Q1 должно быть одним и тем же у всех машин с обратимым циклом Карно, у которых одинаковы соответственно температуры нагревателей и холодильников, и не может зависеть от природы рабочего тела. Это отношение называется пропорцией Карно: Q2/Q1 = Т2/Т1.
В 1865 году Клаузиус ввел понятие энтропии как функции, которая подобно энергии, давлению, температуре, характеризует состояние газа. Когда к газу подводится некоторое количество теплоты ΔQ, то энтропия изменяется на величину ΔS = ΔQ/T. Больцман связал понятие энтропии с вероятностью.
Для объяснения направленности процессов в природе вводят понятие термодинамической вероятности. Термодинамической вероятностью данного состояния некоторой системы (W) называется число комбинаций отдельных элементов системы, или число микросостояний, с помощью которых реализуется это состояние. Предположение о том, что все микросостояния, соответствующие данному макросостоянию равновероятны, носит название эргодической гипотезы. Вероятность состояния (р) – это доля времени, в течение которого система находится в данном состоянии. Она пропорциональна термодинамической вероятности. Термодинамическая вероятность системы, состоящей из двух частей с термодинамическими вероятностями W1 и W2 равна произведению термодинамических вероятностей частей системы W = W1W2. Для практического анализа используют не термодинамическую вероятность, а функцию, называемую энтропией. По формуле Планка энтропия: S = klnW, где k – постоянная Больцмана. В замкнутых системах энтропия не убывает ΔS ≥ 0. Если ΔS = 0, процесс обратимый, если ΔS > 0 – необратимый. Когда энтропия системы возрастает, то соответственно усиливается беспорядок в системе. Такие системы эволюционируют в сторону увеличения в них беспорядка, хаоса и дезорганизации. Термодинамика впервые ввела в физику понятие времени в форме необратимого процесса возрастания энтропии в системе. Такое понятие эволюции системы противоречит понятию эволюции, которое лежит в основе теории Дарвина. В процессе эволюции Дарвина происходит усложнение организации, в термодинамике эволюция связывается с дезорганизацией систем. Это противоречие оставалось неразрешенным вплоть до 60х годов 20 века, пока не появилась новая неравновесная термодинамика, которая оперирует с открытыми системами, живущими за счет заимствования порядка из внешней среды.