ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Зеленев В.М., Кустов А.И., Мигель И.А.

естественнонаучная картина мира

Учебное пособие

Часть II

ВОРОНЕЖ - 2014

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.