2014-02-24
1340
Формы энергии: тепловая, химическая, механическая, электрическая
Первый закон термодинамики — закон сохранения энергии при ее превращениях
Первый закон термодинамики как утверждение о невозможности вечного двигателя первого рода
Изолированные и открытые системы Решение:
Второй закон термодинамики запрещает понижение энтропии изолированной системы. Все остальное не запрещено, то есть может происходить в реальности, в частности любое изменение энтропии системы открытой.
Второй закон термодинамики как принцип возрастания энтропии в изолированных системах
Изменение энтропии тел при теплообмене между ними
Второй закон термодинамики как принцип направленности теплообмена (от горячего к холодному)
Второй закон термодинамики как утверждение о невозможности вечного двигателя второго рода
Энтропия как мера молекулярного беспорядка
Энтропия как мера информации о системе
Второй закон термодинамики как принцип нарастания беспорядка и разрушения структур
Закономерность эволюции на фоне всеобщего роста энтропии
Энтропия открытой системы: производство энтропии в системе, входящий и выходящий потоки энтропии
Термодинамика жизни: добывание упорядоченности из окружающей среды
Решение:
Современные электрообогреватели, например, масляные, не более вредны для здоровья, чем радиаторы центрального отопления. Превращение электроэнергии в теплоту не требует сложных устройств, и потому даже очень эффективные и мощные электрообогреватели ст о ят недорого. Строить линии электропередачи и подстанции тоже существенно дешевле, чем тянуть трубопроводы горячей воды, постоянно их ремонтировать, мириться с тем, что они обогревают не столько дома, сколько окружающую среду.
Однако с точки зрения термодинамики, электрообогреватели – чистое расточительство. Сначала на тепловой или атомной электростанции с большими трудностями превращают теплоту, получаемую от атомного реактора или сгорающего топлива, в электроэнергию, причем 60% и более этой теплоты бесполезно рассеивается в окружающей среде. Эти потери можно оправдать, если за счет полученной высококачественной электроэнергии делать что-нибудь сложное – например, питать компьютер, телевизор или прецизионный станок. Но если втыкать в розетку электрообогреватель и сразу перегонять высококачественную электроэнергию в теплоту …
Зачем, спрашивается, тогда нужны ЭЛЕКТРОстанции?
Тема 1-04-04. Закономерности самоорганизации. Принципы универсального
эволюционизма
Синергетика — теория самоорганизации
Междисциплинарный характер синергетики
Самоорганизация в природных и социальных системах как самопроизвольное возникновение упорядоченных неравновесных структур в силу объективных законов природы и общества
Решение:
Самоорганизация, по определению, – это процесс самопроизвольного возникновения сложных упорядоченных структур в силу объективных законов природы и общества. Структуры, возникающие в результате самоорганизации, называются диссипативными, поскольку они, возникнув в неравновесной системе, сами являются сильно неравновесными и быстрыми темпами рассеивают (диссипируют) энергию, то есть переводят ее в низкокачественные формы. В соответствии со сказанным к результатам самоорганизации нельзя относить структуры:
– равновесные (не диссипативные);
– менее сложные и упорядоченные, чем их предшественники;
– возникшие не самопроизвольно, а в результате внешнего целенаправленного воздействия (например, со стороны человека или животных).
Примеры самоорганизации в простейших системах: ячейки Бенара, реакция Белоусова-Жаботинского, спиральные волны
Необходимые условия самоорганизации: неравновесность и нелинейность системы Решение:
В синергетике установлены три условия, необходимые для самоорганизации, то есть такие, при отсутствии любого из которых самоорганизация не начнется. Эти условия требуют, чтобы система была:
1) нелинейной (то есть достаточно сложной по своему поведению),
2) неравновесной, причем степень отклонения от равновесного состояния должна быть достаточно велика.
Признак неравновесности системы: протекание потоков вещества, энергии, заряда и т.д.
Диссипация (рассеяние) энергии в неравновесной системе Решение:
Согласно закономерностям самоорганизации, возникновение диссипативной структуры всегда сопровождается скачкообразным ростом производства энтропии. Потому структура и называется «диссипативной», то есть «рассеивающей» энергию, переводящей энергию в менее качественные формы. Чтобы при этом обеспечить рост упорядоченности, то есть снижение энтропии системы, необходимо одновременно столь же резко ускорить вынос энтропии за пределы системы, в окружающую среду. Именно поэтому любое человеческое поселение непременно окружено кольцом свалок, постоянно и быстро растущих, пока это поселение существует и развивается.
Диссипативная структура — неравновесная упорядоченная структура, возникшая в результате самоорганизации
Пороговый характер (внезапность) явлений самоорганизации
Точка бифуркации как момент кризиса, потери устойчивости Решение:
Согласно общим закономерностям самоорганизации, прохождение точки бифуркации – это системный кризис, характеризующийся развитием неустойчивости системы, ростом амплитуды и продолжительности существования всевозможных отклонений от нормы (флуктуаций) и, как следствие, невозможностью предсказать даже ближайшее будущее системы.
Синхронизация частей системы в процессе самоорганизации
Понижение энтропии системы при самоорганизации
Повышение энтропии окружающей среды при самоорганизации
Универсальный эволюционизм как научная программа современности, его принципы:
- всё существует в развитии;
- развитие как чередование медленных количественных и быстрых качественных изменений (бифуркаций);
- законы природы как принципы отбора допустимых состояний из всех мыслимых;
- фундаментальная и неустранимая роль случайности и неопределенности;
- непредсказуемость пути выхода из точки бифуркации (прошлое влияет на будущее, но не определяет его);
- устойчивость и надежность природных систем как результат их постоянного обновления Решение:
Выделяют следующие основные принципы универсального эволюционизма – важнейшей научной исследовательской программы современности:
1. Вселенная не просто существует, но и может существовать лишь в развитии.
2. Развитие Вселенной объяснимо внутренними по отношению к ней факторами, действующими объективно и познаваемыми рационально. Речь идет именно о само организации материи, а не об организации ее внешними или сверхъестественными силами.
3. В мире действуют принципы отбора, выделяющие из всех мыслимых состояний некоторое множество допустимых. Отбор действует на всех уровнях: физическом (законы сохранения), химическом, биологическом и социальном.
4. На ход всех процессов во Вселенной неизбежно влияют случайные факторы. Все процессы протекают в условиях некоторого уровня неопределенности.
5. Развитие материальных объектов неизбежно приводит к точкам бифуркации, из которых возможен переход в различные состояния. В этих точках дальнейшая эволюция оказывается принципиально непредсказуемой, поскольку определяется действующими в системе в данный момент случайными флуктуациями. Поэтому настоящее и будущее зависят от прошлого, но не определяются им.
6. Упорядоченные диссипативные структуры, возникшие в результате самоорганизации, в отличие от кристаллов или технических устройств, поддерживают свое существование путем непрерывного самовоспроизводства. Диссипативную структуру, наподобие живой клетки, правильнее рассматривать уже не как структуру, а как устойчивый самоподдерживающийся процесс.
Решение:
Самоорганизация, по определению, – это процесс самопроизвольного возникновения сложных упорядоченных структур в силу объективных законов природы и общества. Структуры, возникающие в результате самоорганизации, называются диссипативными, поскольку они, возникнув в неравновесной системе, сами являются сильно неравновесными и быстрыми темпами рассеивают (диссипируют) энергию, то есть переводят ее в низкокачественные формы. В соответствии со сказанным к результатам самоорганизации нельзя относить структуры:
– равновесные (не диссипативные);
– менее сложные и упорядоченные, чем их предшественники;
– возникшие не самопроизвольно, а в результате внешнего целенаправленного воздействия (например, со стороны человека или животных).
