9.Термодинамика закрытых и открытых систем. Общие сведения об энтропии.

Термодинамика описывает тепловые явления в макромире. Классическая

термодинамика сформулировала несколько принципов, или начал, которые вели к

важным мировоззренческим выводам. Первое начало термодинамики основано на

представлениях о том, что термодинамическая система обладает внутренней

энергией теплового движения молекул и потенциальной энергией их

взаимодействия. Согласно первому началу термодинамики количество теплоты,

сообщенное телу, увеличивает его внутреннюю энергию и идет на совершение

телом работы. Согласно второму началу термодинамики нельзя осуществить работу

за счет энергии тел, находящихся в состоянии термодина­мического равновесия,

энтропия замкнутой системы возрастает, а ее максимальное значение достигается

в состоянии теплового равновесия. Термодинамические процессы необратимы, а

предоставленная самой себе система стремится к состоянию теплового

равновесия, в котором температуры тел выравниваются. Второе начало

термодинамики называют также законом возрастания энтропии. Распространение

второго начала термодинамики на всю Вселенную, понимаемую как закрытая

система, привело к созданию теории тепловой смерти, согласно которой все

процессы в мире ведут к состоянию наибольшего равновесия, т.е. хаосу Теория

тепловой смерти Вселенной была разработана в середине XIX в. В. Томпсоном и

Р. Клаузйусом, ее постулаты звучат следующим образом:

ü энергия Вселенной постоянна;

ü энтропия Вселенной, понимаемой как закрытая система, возрастает.

Смысл этих постулатов заключается в том, что со временем все виды энергии во

Вселенной превратятся в тепловую, а последняя перестанет претерпевать

качественные изменения и преобразовываться в другие формы. Наступившее

состояние теплового равновесия будет означать смерть Вселенной. При этом

общее количество энергии в мире останется тем же самым, т.е. универсальный

закон сохранения энергии не будет нарушен. Теория тепловой смерти сразу же

после создания была подвергнута критике. В частности, появилась

флуктуационная теория Л. Больцмана, согласно которой Вселенная выводится из

состояния равновесия с помощью внутренне присущих ей флуктуации. Третьей

составляющей классической физики является оптика. На протяжении двух

столетий в оптике соперничали корпускулярная и волновая теории, объяснявшие

природу световых явлений на разных основаниях. В XVII в. дискуссия

развернулась между И. Ньютоном, который придерживался корпускулярной теории,

и нидерландским ученым X. Гюйгенсом — сторонником волновой теории. В

соответствии с теорией И. Ньютона, свет есть поток материальных частиц-

корпускул, наделенных неизменными свойствами и взаимодействующих с другими

частицами в соответствии с законами механики. Согласно теории X. Гюйгенса

свет представляет собой волну, распространение которой аналогично

распространению волн на поверхности воды, и подчиняется тем же законам. На

протяжении XVIII в. большинство ученых придерживалось корпускулярной теории

И. Ньютона, несмотря на эвристическую силу и убедительность волновой теории

X. Гюйгенса. Немалую роль здесь сыграл непререкаемый авторитет, которым

пользовался И. Ньютон в среде научного сообщества.

Энтропия, закон Больцмана Принцип Карно выражает собой весьма интересную особенность: он определяет

общую тенденцию в эволюции физического мира. С течением времени в замкнутой

изолированной системе энтропия должна постоянно возрастать. Функция состояния

термодинамической системы, изменения которой в равновесном процессе равно

отношению количества теплоты, сообщенного системе или отведенного от нее, к

термодинамической температуре системы. Неравновесные процессы в изолированной

системе сопровождаются ростом энтропии, они приближают систему к состоянию

равновесия, в котором энтропия максимальна. Согласно флуктуационной теории Л.

Больцмана, Вселенная выводится из состояния равновесия с помощью внутренне

присущих ей флуктуации.