
- •Учебное пособие
- •Часть II
- •Глава 1. Синергетические представления о низкоорганизованной материи
- •§1. Термодинамические представления
- •1.1.Термодинамика закрытых систем
- •1.2. Принцип возрастания энтропии
- •1.3. Открытые системы и неравновесная термодинамика
- •Контрольные вопросы:
- •§2. Химические представления
- •2.1. Предмет познания химической науки.
- •2.2. Реакционная способность веществ
- •Методы и концепции познания в химии
- •2.4. Самоорганизация и эволюция химических систем
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 2.
- •Космологические и геологические концепции
- •Современной научной картины мира
- •§3. Концепция развития земли как объекта вселенной
- •3.1.Модели происхождения Вселенной. Звездные системы и их характеристики
- •3.2. Солнечная система, ее происхождение и эволюция
- •3.3. Внутреннее строение и история геологического развития Земли
- •Содержание
- •§9 . Перспективы синтеза единой культуры 124
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Зеленев В.М., Кустов А.И., И.А. Мигель
КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
Учебное пособие
Часть II
ВОРОНЕЖ - 2009
Составители: доктор физико-математических наук, профессор В.М.Зеленев, кандидат технических наук, доцент Ал.И. Кустов,
кандидат физико-математических наук, доцент И.А. Мигель.
Концепции современного естествознания.
Учебное пособие для студентов гуманитарных и экономических специальностей/ Сост. В.М.Зеленев, Ал.И.Кустов, И.А. Мигель, Воронеж, 2009. ч.2. 170 с.
Данное учебное пособие написано для студентов гуманитарных и экономических специальностей дневной и заочной форм обучения в соответствии с Государственным стандартом 2005 г. При разработке пособия учтен опыт преподавания концепций современного естествознания (КСЕ) в Воронежском экономико-правовом институте, Военном авиационном инженерном университете (г. Воронеж), Воронежском государственном педагогическом университете. Особое внимание уделено результатам исследований естественных наук, при изучении которых у студентов часто возникают трудности.
Курс построен в соответствии с системно-историческим и эволюционно-синергетическим подходами к формированию естественнонаучной картины мира. Изложенный в пособии материал достаточно полно раскрывает содержание вопросов, что позволяет использовать их для подготовки к семинарским занятиям. Он изложен в 3-х главах и рассматривает синергетические представления о материи, космологические и геологические концепции современной научной картины мира (СНКМ), принципы эволюции и воспроизводства живых систем, представления о биосфере и ноосфере, гипотезы происхождения жизни и человека. Для повышения эффективности самостоятельной работы в конце пособия помещены сведения об основоположниках естествознания и блоки тестовых заданий.
Пособие может быть использовано преподавателями КСЕ для организации учебных занятий со студентами и контроля их знаний. Оно предназначено студентам всех форм обучения при изучении КСЕ, подготовке к семинарам, зачетам, экзаменам, при самостоятельной работе.
Глава 1. Синергетические представления о низкоорганизованной материи
§1. Термодинамические представления
1. Термодинамика закрытых систем.
2. Принцип возрастания энтропии.
3. Открытые системы и неравновесная термодинамика.
1.1.Термодинамика закрытых систем
Как известно, закрытыми системами называются системы, не обменивающиеся с окружающим миром веществом, энергией, информацией. Понятие таких объектов появилось в физике, где они являлись моделями. С помощью таких моделей было удобно изучать идеальные процессы и описывать их с помощью математического аппарата. При учете характеристик реальных объектов с помощью поправок можно было рассчитывать параметры реальных процессов, изучать состояния систем.
Термодинамикой называется раздел физики, изучающий свойства систем на основании эмпирически полученных законов, связанных, прежде всего с энергетическими соотношениями. При этом, термодинамический подход не требует знаний о внутреннем строении вещества, характере связи между его элементами, их движении и проч. Термодинамика возникла из обобщения многочисленных фактов, описывающих явления передачи, распространения и превращения тепла. Самым очевидным является тот факт, что распространение тепла представляет собой необратимый процесс. Хорошо известно, например, что тепло, возникшее в результате трения или выполнения другой механической работы, нельзя снова превратить в энергию и потом использовать для производства работы. Также достоверно известно, что тепло передается самопроизвольно от горячего тела к холодному, а не наоборот.
С другой стороны, путем точных экспериментов было доказано, что тепловая энергия превращается в механическую энергию в строго определенных количествах. Существование такого механического эквивалента для теплоты свидетельствовало о ее сохранении. Все эти многочисленные факты и нашли свое обобщение и теоретическое объяснение в законах классической термодинамики. Наиболее известен первый закон термодинамики:
Если к системе подводится тепло Q и над ней производится работа А, то внутренняя энергия системы возрастает на величину U:
U= Q + А.
Эту энергию U называют изменением внутренней энергии системы. Следовательно, тепло, полученное системой, не исчезает, а затрачивается на увеличение внутренней энергии и производство работы, т. Е.
Q = U – А.
Другими словами, процесс, единственным результатом которого было бы изъятие тепла из резервуара, невозможен.
Иначе, этот закон называется законом сохранения энергии в термодинамике. Он устанавливает соотношение между сообщаемым системе количеством теплоты, совершаемой ею работой и ее внутренней энергией. Этот закон весьма эффективно был использован на первом этапе изучения окружающего мира. Однако, он может применяться лишь к закрытым системам и не указывает направления их развития.
В определенном смысле этот закон может быть применен и к воинским коллективам, к структурным армейским подразделениям. Суть такого подхода заключается в том, что коллектив рассматривается как система. Сообщаемое ей количество энергии (или вещества, вооружения, обмундирования и проч.) разделится на необходимое для выполнения реальных заданий (работа над внешними объектами) и неактивную часть (находящуюся внутри системы достаточно долго). Причем, воинский коллектив может рассматриваться как замкнутая система лишь на ограниченном временном отрезке. Правда, в данном случае, в отличие от рассматриваемого в физике, при жизнедеятельности подразделения (или коллектива) имеет место такая существенная особенность как морально-психологические отношения. Этот кажущийся несущественным, нематериальный фактор может значительно менять соотношение в цепочке “сообщаемая энергия – совершаемая работа – сохраняемая резервная часть энергии”.
Направление развития замкнутых или закрытых систем определяется вторым законом термодинамики, который констатирует, что системы самопроизвольно переходят в состояния менее упорядоченные. Более подробно поведение замкнутых систем рассматривается во втором параграфе данной главы.