Второе начало термодинамики. Энтропия

НЬЮТОНОВСКАЯ КОНЦЕПЦИЯ АБСОЛЮЬНОГО ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ. ЗАКОНЫ И ПРИНЦИПЫ.

В 1687 г. Исаак Ньютон опубликовал труд «Математические начала натуральной философии».

По Ньютону, мир состоит из материи, пространства и времени.

Абсолютное пространство неподвижно, бесконечно. Относительное – это часть абсолютного.

 Под абсолютным, истинным (математическим) временем он понимал время, которое течет всегда и везде равномерно. Относительное время (по Ньютону) есть мера продолжительности, которая существует в реальной жизни  (секунда, минута, час, сутки, месяц, год).

Изучив и выявив закономерности движения, Ньютон, таким образом, сформулировал его законы:

1-й закон. Всякое материальное тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока взаимодействие со стороны других тел не заставит его изменить это состояние. Стремление тела сохранить состояние покоя или равномерного прямолинейного движения называется инертностью. Поэтому первый закон называют также законом инерции.

2-й закон. Ускорение, приобретаемой телом, прямо пропорционально силе, действующей на тело, и обратно пропорционально массе тела.

3-й закон. Силы, с которыми действуют друг на друга взаимодействующие тела, равны по величине и противоположны по направлению.

 

Научное доказательство всемирного тяготения и математическое выражение описывающего его закона стало возможным только на основе открытых законов И.Ньютоном законов механики. Закон всемирного тяготения был сформулирован Ньютоном в труде «Математические начала натуральной философии» (1687).

 

В трудах Ньютона тяготение – это сила, которая действует на больших расстояниях и как бы без какого-то материального посредника.

Это привело к понятию «дальнодействие». Природу «дальнодействия» Ньютон объяснить не мог. Он думал о каком-то материальном «агенте», с помощью которого осуществляется гравитационное взаимодействие, но в решении этого вопроса он потерпел неудачу. Основываясь на законе всемирного тяготения Ньютона, небесная механика допускает принципиальную возможность мгновенной передачи сигналов, что противоречит современной физике (общей теории относительности). Поэтому буквальное понимание закона тяготения с современной точки зрения недопустимо.

 

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ИМПУЛЬСА.

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ МОМЕНТА ИМПУЛЬСА.

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ.

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЗАРЯДОВ.

 

ПРИНЦИПЫ СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИКИ.

Принцип симметрии.

Под симметрией понимают однородность, пропорциональность, гармонию каких-то материальных объектов. Асимметрия – понятие противоположенное. Любой физический объект содержит элементы симметрии и асимметрии.

Симметрии делят на пространственно-временные и внутренние, последние относятся к микромиру.

 

Принцип дополнительности.

Принцип неопределенности Гейзенберга.

Принцип соответствия.

  

  

ЛАПЛАСОВСКИЙ ДЕТЕРМИНИЗМ.

Классическая физика стоит на позициях жесткого детерминизма, который называется лапласовским, - именно Пьер Симон Лаплас провозгласил принцип причинности как фундаментальный закон природы. Лаплас считал, что если известно расположение элементов (каких-либо тел) системы и действующие в ней силы то можно с полной достоверностью предсказать, как будет двигаться каждое тело этой системы сейчас и в будущем. Таким образом, лапласовский детерминизм отрицает объективную природу случайности, понятия вероятности события.

СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ (СТО).

В 1905 г. Эйнштейн разработал новую теорию пространства и времени.

Основу СТО составляют два постулата:

1.Принцип относительности. Все физические процессы при одних и тех же условиях в ИСО протекают одинаково.

2. Принцип постоянства (инвариантности). Скорость света в вакууме одинакова во всех системах координат, движущихся равномерно и прямолинейно относительно друг друга.

ОБЩАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ (ОТО).

В 1916 г. Эйнштейн сформулировал ОТО. Основные принципы:

- ограничение применения принципа постоянства скорости света областями, где гравитационными силами можно пренебречь (там, где гравитация велика, скорость света замедляется;

- распространение принципа относительности на все движущиеся системы (а не только инерциальные).

Теория Эйнштейна описывает тяготение как воздействие физической материи на геометрические свойства пространства-времени.

Закон сохранения энергии:

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕРМОДИНАМИКЕ.

Термодинамика – это наука о наиболее общих свойствах макроскопических тел и систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, и о процессах перехода из одного состояния в другое.

Термодинамика как функция состояния.

Равенство температур во всех точках каких-то систем или частей одной системы является условием равновесия.

 

Первое начало термодинамики.

Энергия теплового движения может превращаться в энергию механического движения, и наоборот. При этих превращениях соблюдается закон сохранения и превращения энергии. Применительно к термодинамическим процессам это и есть первое начало термодинамики. Изменение внутренней энергии   определяется разностью между количеством теплоты , полученной системой и работой.

Второе начало термодинамики. Энтропия.

Второе начало электродинамики связано с именами Н. Карно, В. Томсона, Р. Клаузиуса, Л. Больцмана. Второе начало термодинамики вводит в рассмотрение новую функцию состояния – энтропию. Термин «энтропия» означает «превращение».

Учета и сохранения количества энергии еще недостаточно для того, чтобы судить о возможности того или иного процесса. Энергию следует характеризовать не только количеством, но и качеством. При этом существенно, что энергия определенного качества самопроизвольно может превращаться только в энергию более низкого качества. Величиной, определяющей качество энергии, и является энтропия.

Процессы в живой и неживой материи в целом протекают так, что энтропия в замкнутых изолированных системах возрастает, а качество энергии понижается. В этом и есть смысл второго начала термодинамики.

Второе начало устанавливает определенное направление течения процессов в природе, то есть «стрелу времени».