1. Сформулируйте второй закон термодинамики, используя понятие энтропии

Математическая формулировка второго начала термодинамики тесно связана с понятием энтропии. Было показано, что отношение теплоты, полученной в ходе обратимого процесса, протекающего при постоянной температуре, к самой температуре dQ/T не зависит от того, каким образом протекал этот процесс. Следовательно, это отношение представляет собой изменение некоторой функции состояния, тогда как ни теплота Q ни работа A не являются функциями состояния. Эта функция состояния была названа энтропией (S)

dS = Sконеч. – Sнач. = dQ/T

Обозначим через Amax – максимально возможную работу, которую могла бы совершить термодинамическая система, если бы вся подводимая энергия без потерь могла превратиться в работу. Последнее уравнение описывает ту часть энергии, которая не используется для совершения работы, а превращается в тепло и рассеивается, уменьшая величину действительной работы (Aдейст.) до

Aдейст = Amax – Q = Amax – T dS

Тогда изменение энтропии характеризует величину энергии, рассеянной в виде тепла и не используемой для совершения полезной работы.

Второе начало термодинамики говорит о том, какая часть подведенной энергии может быть преобразована в полезную энергию, а какая деградирует. В соответствии с этим законом, изменение энтропии характеризует долю энергии, превращаемой в тепло в процессах трансформации энергии.

Деградированную энергию нельзя использовать повторно, не затратив при этом ещё большего количества энергии. Деградация энергии сопровождается деградацией массы и даже выбросом абиогенных веществ, загрязняющих биосферу. Именно эта часть энергии и является объективным, т.е. закономерным и не зависящим от нас с вами источником и причиной загрязнения биосферы и возникновения ряда глобальных экологических проблем.

На базе понятия энтропии также были даны различные формулировки второго закона термодинамики, в том числе

- для необратимых процессов возможно лишь одно направление движения времени, при котором энтропия возрастает;

- в изолированных системах энтропия возрастает;

- теплота не может переходить самопроизвольно от тела с низкой температурой к телу с высокой температурой (Клаузиус);

- невозможно создать двигатель, полностью преобразующий тепло в работу (Карно);

- в ходе обратимого процесса суммарная энтропия остается постоянной.

2. Как объясняет термодинамика существование жизни?

живое существо или экосистема представляет собой неравновесную открытую систему, непрерывно обменивающейся энергией с внешней средой. Живые объекты должны непрерывно бороться с возможностью возрастания энтропии, т.е. непрерывно происходящим нарушением структуры, функции, выравнивании градиентов температуры и вещества. Чтобы избежать такого выравнивания, эквивалентного смерти, живому организму, как и экосистеме, необходим постоянный поток энергии, который бы и использовался для совершения работы и непрерывной борьбы с необратимой деградацией, а, следовательно, и с возрастанием энтропии. Жизнь – невероятное событие с точки зрения термодинамики. Для её существования, так же как и для существования экосистем и биосферы в целом, необходим постоянный поток энергии. Необходимость потока энергии через любую живую организованную систему в биосфере, будь это отдельный индивидуум или экосистема, – главный вывод термодинамики. Необходимость такого потока энергии нужна для поддержания неравновесного состояния биологических объектов с окружающей средой.

1. Противоречия эволюции

2. Онзагер(1968).- Термодинамика необратимых процессов объяснила, что для существования жизни нужен большой поток энергии

dS( измен.общей энтропии)= diS( изм.внутренней энтропии:уменьшается)+deS( изменение внешней энтропии: возрастает)

3. Пригожин- понятие рассеивающей структуры в живых системах. Многие реакции в живых системах происходят по осциллирующему принципу(т.е. меняются) при внешних условиях, препятствующих достижению системой равновесного состояния, стационарное состояние системы соответствует минимальному производству энтропии.

3. Почему невозможен вечный двигатель первого рода : какому закону термодинамики он противоречит?

Вечный двигатель первого рода – воображаемая, непрерывно действующая машина, которая, будучи раз запушенной, совершала бы работу без получения энергии извне. Если нет подвода энергии в систему dQ = 0 и dA = – dU, т.е. работа совершается за счет уменьшения внутренней энергии системы. Внутренняя энергия системы всегда конечна, уже отсюда следует невозможность создания вечного двигателя. Другими словами, вечный двигатель первого рода противоречит закону сохранения и превращения энергии, т.е. первому началу термодинамики.

4. Почему деградация окружающей среды и её загрязнение является объективной закономерностью?

Загрязнение окружающей среды и связанные с этим многие глобальные экологические проблемы являются неизбежным следствием второго начала термодинамики. Загрязнение – неизбежное следствие неэффективной трансформации энергии, как биологическими системами, так и техническими устройствами. В этом и заключается основная идея принципа Карно – при трансформации энергии в различных системах происходит её деградация, т.е. часть энергии используется для работы, а часть теряется в виде тепла.

Деградация означает постепенное ухудшение, снижение или утрату положительных качеств. Именно деградированная в процессе функционирования экосистем энергия является главной причиной и источником загрязнения окружающей среды

Всеобщее существование живых систем –это борьба против возрастания энтропии. Материально – технический прогресс уменьшает энтропию, следовательно , стремление человека к прогрессу приводит к возрастанию энтропии в окружающей среде, следовательно, ее загрязнение

Загрязнение окружающей среды и связанные с этим многие глобальные экологические проблемы являются неизбежным следствием второго закона термодинамики. Эта неизбежность возникает вследствие низкого коэффициента полезного действия использования энергии биологическими объектами и низкого коэффициента полезного преобразования энергии на различных трофических уровнях. При этом одновременно происходит деградация энергии: на выходе мы имеем дело с энергией меньшего качества, например, с теплом, чем на входе. Такую деградированную энергию нельзя использовать повторно, не затратив на это дополнительной работы. Это означает, что такая трансформация деградированной энергии окажется очень дорогим процессом, хотя уже сейчас известны несколько интересных схем повторного использования отходов, загрязняющих среду, без возвращения их на прежний высокоэнергетический уровень.