4.4 Принцип возрастания энтропии

Энергия (общая мера различных форм движения и взаимодействия всех видов материи): энергия тела (системы) - это способность тела (системы) совершать работу. Различные виды энергии: - механическая (энергия движения макроскопических тел); - электрическая(энергия возникшая в результате движения электронов между атомами) -химическая(энергия, вызываемая движением электронов внутри атомов); -ядерная или атомная (энергия обусловленная взаимодействиями внутри атомов и ядер атомов); -тепловая(энергия беспорядочного движения молекул и атомов). Изолированные (закрытые) системы - это системы, которые не могут обмениваться с окружающей средой энергией и веществом. Если могут-то это открытые системы. Необратимые процессы - это процессы, в которых невозможно вернуть систему в исходное состояние без вмешательства извне, т.е. такие процессы могут самопроизвольно протекать в одном определенном направлении. Вечный двигатель первого рода - воображаемая машина, которая будучи раз запущена в ход, совершала бы работу неограниченно долгое время, не заимствуя энергию извне. Вечный двигатель второго рода - воображаемая машина, которая целиком превращала бы в работу теплоту, извлекаемую ею из окружающих тел. Первое начало термодинамики: теплота сообщаемая телу, расходуется на увеличение его внутренний энергии и на совершение этим телом работы. Закон сохранения энергии (обобщающий первое начало термодинамики):суммарная энергия изолированной системы не изменяется. Из этого закона следует невозможность создания вечного двигателя первого рода. Второе начало термодинамики. Этот закон термодинамики имеет как минимум три равноправные формулировки. Все они логически эквиваленты между собой и из любой формулировки второго начала математически выводятся две другие. Первая формулировка 2 начала: Невозможна самопроизвольная передача тепла от холодного тела к теплому. Это же можно выразить следующим образом: теплообмен направлен от горячего к холодному. Этот закон говорит о направленности физических процессов. Вторая формулировка 2 начала: Никакой двигатель не может преобразовать теплоту в работу со стопроцентной эффективностью. Эту же формулировку можно трактовать как невозможность создания вечного двигателя второго рода. Прежде чем приведем третью формулировку, введем понятие энтропии. Энтропия: 1) Энтропия-это показатель неупорядоченности системы. Чем выше энтропия, тем хаотичнее движении материальных частиц, составляющих систему. Соответственно, повышая упорядоченность системы, энтропия уменьшается. 2) Энтропия-это мера некачественности энергии. Чем больше энтропия системы (т.е. система хаотичней), тем меньше полезной работы та может произвести при заданном запасе энергии, т.к. энтропию можно рассматривать и как количественную меру той теплоты, которая не переходит в работу. 3) Энтропия-это мера необратимого рассеяния энергии. 4) Энтропия является мерой отсутствия порядка в системе, мерой ее бесструктурности, мерой отсутствия информации, необходимой для управления системой. Третья формулировка 2 начала: В изолированной системе энтропия не может убывать. Это формулировка предполагает, что в закрытых системах энтропия может только возрастать и достигнув своего максимума в состоянии теплового равновесия системы, далее она не изменяется. Эта формулировка (энтропия возрастает) предполагает, что в закрытых системах предоставленных самим себе, первоначальный порядок спонтанно переходит в беспорядок и приводит к разрушению первоначальных структур. Второе начало термодинамики называют также - законом рассеяния энергии. Второе начало термодинамики (ее 3 формулировка) неприменима к открытым системам. В открытых системах энтропия может, как увеличиваться - при подводе тепла извне, так и уменьшаться - при теплоотдаче в окружающую среду. Состояние живых систем (в частности организм) в любой момент времени характерно тем, что элементы системы постоянно разрушаются и строятся заново. Этот процесс называется биологическим обновлением. Для обновления элементов в живых организмах требуется постоянный приток извне веществ и энергии, а также отвод во внешнюю среду тепла и продуктов распада. Так как живые системы являются открытыми системами , то такой взаимообмен с окружающей средой происходит и поэтому живые организмы в процессе своего развития, непрерывно, за счет обмена веществ, создают из менее упорядоченных систем более упорядоченные и их энтропия уменьшается. В течении времени жизни организма его элементы постепенно подвергаются распаду и переходя к концу жизни энтропия организма возрастает. Резюмируем вышесказанное: 1. Энтропия - физическая величина, поскольку она характеризует превращение энергии. 2. Энтропия может служить: -мерой беспорядка и бесструктурности -мерой некачественности энергии системы -индикатором направления времени -количественной мерой той теплоты, которая не переходит в работу. 3. Возможные формулировки второго начала термодинамики: -с течением времени структуры в замкнутой системе разрушаются -с течением времени энтропия замкнутой системы возрастает -теплота самопроизвольно переходит только от горячего тела к холодному -это закон рассеяния энергии 4. Закон роста энтропии применим лишь к замкнутым системам, и не противоречит выводам биологии (об уменьшении энтропии), имеющим дело с открытыми системами 5. В процессе развития организма (являющимся открытой системой), энтропия может и увеличиваться, и уменьшаться 6 . Энтропия незамкнутой системы (открытой системы) может, как возрастать, так и убывать 7. Качество любой формы энергии определяется легкостью ее превращения в другие формы энергии 8. Самая некачественная форма энергии это тепловая при низкой температуре 9. При воздействии на систему извне (т.е. система открыта), можно повысить совершенство системы, степень ее упорядоченности. При этом энтропия системы уменьшается 10. Выброс энергии с Земли в космическое пространство всегда был гораздо меньше, чем поступление ее от Солнца плюс производство на Земле.