подготовка к семинару по теме "Порядок и беспорядок в природе"
Термодинамические и статистические свойства макросистем
Открытие закона сохранения энергии способствовало развитию двух качественно различных, но взаимно дополняющих методов исследования тепловых явлений и свойств макросистем: термодинамического и статистического (молекулярно-кинетического). Первый из них лежит в основе термодинамики, второй – молекулярной физики.
Термодинамика представляет собой науку о тепловых явлениях, в которой не учитывается молекулярное строение тел. Все законы термодинамики относятся к телам, число молекул которых огромно. Такие тела называют макроскопическими. Они образуют макросистемы. Газ в баллоне, вода в стакане, песчинка, камень, стальной стержень и т.п. – все это примеры макросистем. Основа термодинамического метода – определение состояния термодинамической системы, представляющей собой совокупность макроскопических тел, которые взаимодействуют и обмениваются энергией как между собой, так и с другими телами (внешней средой).
К концу XIX в. была создана последовательная теория поведения больших общностей атомов и молекул – молекулярно-кинетическая теория или статистическая механика.
Процессы, изучаемые молекулярной физикой, являются результатом совокупного действия огромного числа молекул. Поведение громадного числа молекул анализируется с помощью статистического метода. Он основан на том, что свойства макроскопической системы в конечном результате определяются свойствами частиц системы, особенностями их движения и усредненными значениями кинетических и динамических характеристик таких частиц (скорости, энергии, давления и т. д.).
Источник: Вся электронная библиотека.Раздел: Естествознания. Тема: Концепции современного естествознания. http://www.bibliotekar.ru/estestvoznanie-2/65.htm
Законы сохранения энергии в макропроцессах. Термодинамические законы.
Закон сохранения энергии:Полная механическая энергия замкнутой системы тел остается неизменной.
Если между телами действуют силы трения, то закон сохранения энергии видоизменяется. Изменение полной механической энергии равно работе сил трения.
При любых физических взаимодействиях энергия не возникает и не исчезает, а только превращается из одной формы в другую.
Первый закон термодинамики - есть закон сохранения энергии: при любых физических взаимодействиях энергия не возникает и не исчезает, а только передается от одних тел другим или превращается из одной формы в другую.
Общая форма закона сохранения и превращения энергии имеет вид:
Второе начало термодинамики имеет несколько формулировок. Формулировка Клаузиуса: невозможен процесс перехода теплоты от тела с более низкой температурой к телу с более высокой.
Формулировка Томсона: невозможен процесс, результатом которого было бы совершение работы за счет теплоты, взятой от одного какого-то тела. Эта формулировка накладывает ограничение на превращение внутренней энергии в механическую. Невозможно построить машину (вечный двигатель второго рода), которая совершала бы работу только за счет получения теплоты из окружающей среды.
Формулировка Больцмана: Энтропия — это показатель
Принцип возрастания энтропии имеет большое практическое значение:
1. Он указывает на направление протекания процессов. Самопроизвольные процессы, приводящие систему к равновесному состоянию, идут в направлении возрастания энтропии системы. Следовательно, если система находится в неравновесном состоянии, то ее энтропия возрастает ΔSС >0.
2. Дает возможность судить о глубине самопроизвольных процессов. Такие процессы идут до достижения максимума энтропии системы SС=SСМАХ. Следовательно, если система находится в равновесном состоянии, то ее энтропия не изменяется ΔSС=0.
3. Увеличение энтропии системы может служить мерой необратимости протекающих в ней процессов, т.е. второй закон термодинамики дает не только качественную, но и количественную оценку процессов.
Источник: Материал был взят из интернета: 1) http://fizmat.by/kursy/zakony_sohranenija/sohranenie_jenergii#sohranenie_jenergii_3
Динамические и статистические закономерности в природе
Динамическими называют законы, отражающие объективную закономерность в форме однозначной связи физических величин. Динамическая теория — это теория, представляющая совокупность физических законов.
Статистические законы — это такие законы, когда любое состояние представляет собой вероятностную характеристику системы. Здесь действуют статистические распределения величин. Это означает, что в статистических теориях состояние определяется не значениями физических величин, а их распределениями.Статистические законы и теории являются более совершенной формой описания физических закономерностей, так как любой известный сегодня процесс в природе более точно описывается статистическими законами, чем динамическими. Различие между ними в одном — в способе описания состояния системы.
Более подробнее можно ознакомится с этой темой на сайте http://bukvi.ru в разделе Естествознания.
Термодинамика живых систем
Состояние живых систем в любой момент времени (динамическое состояние ) характеризуется тем, что элементы системы постоянно разрушаются и строятся заново. Это процесс носит название биологического обновления. Для обновления элементов в живых системах требуется постоянный приток извне веществ энергии, а также выход во внешнюю среду теплоты и продуктов распада. Это означает, что живые системы обязательно должны быть открытыми системами. Благодаря этому в них создается и поддерживается химическое и физическое неравновесие. Именно на этом неравновесии основана работоспособность живой системы, направленная на поддержание высокой упорядоченности своей структуры (и значит на сохранение жизни) и осуществление различных жизненных функций. Кроме того, живая система, благодаря свойству открытости достигает стационарности, т.е. постоянства своего неравновесного состояния.
Открытость - одно из важнейших свойств живых систем. Для открытой системы в стационарном состоянии производство энтропии минимально.
С позиции термодинамики можно утверждать, что живым системам присущи процессы, уменьшающие их энтропию и, следовательно, поддерживающие их организованность.
Источник: Естественно научная картина мира (Часть 1)/науч.ред. Н.А.Сахибуллин. - Казань: Казан. фед. ун-т, 2011. - Ч1 - 216 с.
Самоорганизация в открытых системах. Синергетика
Проблема самоорганизации материальных систем в XX веке становится одной из центральных проблем науки. Существенный вклад в решение этой проблемы вносит системный и информационный подходы. Терминология, выработанная в этих областях исследования, приобрела общенаучный характер в описании и объяснении процессов самоорганизации.
Решение этой задачи берет на себя научная дисциплина, именуемая синергетикой. Ее основоположниками считаются Г. Хакен и И. Пригожин.
Г. Хакен и И. Пригожин делают акцент, прежде всего, на процессуальности материальных систем. Все процессы, протекающие в различных материальных системах, могут быть подразделены на два типа: во-первых, это процессы, протекающие в замкнутых системах, ведущие к установлению равновесного состояния, которое при определенных условиях стремится к максимальной степени неупорядоченности или хаоса, и, во-вторых, это процессы, протекающие в открытых системах, в которых при определенных условиях из хаоса могут самопроизвольно возникать упорядоченные структуры, что и характеризует стремление к самоорганизации.
Более подробнее можно узнать на сайте: http://www.biologywork.ru (Материалы по биологии » Концепции современного естествознания » Самоорганизация в открытых неравновесных системах)
Комментарии
Отправить комментарий