25. Основные понятия физики (физические системы, физические величины)

Физическая система — объект физических исследований, такое множество взаимосвязанных элементов, отделенных от окружающей среды, что взаимодействует с ней, как целое[1]. При этом под элементами следует понимать физические тела или другие физические системы. Взаимодействие физической системы с окружением, а также связь между отдельными составляющими физической системы реализуется с помощью фундаментальных физических взаимодействий (гравитация,электромагнитное взаимодействие, сильное взаимодействие, слабое взаимодействие), или взаимодействий, которые сводятся к фундаментальным (трение, упругость,вес и др.). Выделение конкретной физической системы из окружения зависит от конкретных целей и задач исследования.

Примерами физических систем являются: атом, атомное ядро, галактика, идеальный газ, колебательный контур, математический маятник, Солнечная система, твёрдое тело, и т. д.

Классификация физических систем

По разделу физики, описывающая их поведение, физические системы разделяют[2] на: механические, термодинамические, электрические, магнитные,электромагнитные, оптические, квантовые, атомные, ядерные и т. д. Некоторые сложные физические системы требуют применения законов и методов различных разделов физики и не могут быть причислены к определенному классу.

По характеру взаимодействия с окружением выделяют изолированные (замкнутые), закрытые и открытые системы.

При рассмотрении изолированных физических систем часто допускают, что система может иметь связь некоторого типа с внешней средой. Например, предполагается, что на замкнутую механическую систему не действуют внешние силы и моменты сил (или их равнодействующая равна нулю), то есть нет обмена механической энергией, но допускается возможность теплообмена с окружающей средой[3]. Изолированная термодинамическая система не имеет теплообмена с окружающей средой, но на нее могут действовать механические силы, то есть есть обмен механической энергией[4].

Полностью изолированная физическая система является абстракцией, которая используется при построении моделей, предназначенных для рассмотрения внутренних процессов в физических системах, когда внешними воздействиями можно пренебречь. Но, как следует из общей теории систем[5], такая система не имеет входов и выходов. Поэтому она не может никоим образом влиять на окружающую среду, а внешний наблюдатель не может держать любой информации о такой системе.

По принципу изменения свойств системы во времени физические системы делят на статические и динамические.

Свойства физических систем

Часто действие окружения на физическую систему задается в виде полей: электрического поля, магнитного поля и т. д. Такие поля называются внешними в отличие от полей, которые создают тела в самой физической системе.

Другими видами воздействия на физическую систему являются внешнее облучение, освещение и т. д.

26. Основы термодинамики (сущность, постулаты, начала)

Термодинамика- основной раздел физики, в котором изучение явлений осуществляется на основе:

- превращения энергии из одного вида в другой; и

- количественных соотношений при таких превращениях.

ПЕРВЫЙ ЗАКОН (первое начало) ТЕРМОДИНАМИКИ

– изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе

ВТОРОЙ ЗАКОН (второе начало) ТЕРМОДИНАМИКИ

Первая формулировка (Клаузиус, 1850 год):невозможен процесс, при котором тепло самопроизвольно переходит от тел менее нагретых к телам более нагретым.

Вторая формулировка (Томсон, 1851 год):невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет уменьшения внутренней энергии теплового резервуара.

Третья формулировка (Оствальд, 1901 год):невозможен вечный двигатель второго рода.

Четвертая формулировка: (Клаузиус, 1865 год): все самопроизвольные процессы в замкнутой неравновесной системе происходят в таком направлении, при котором энтропия системы возрастает; в состоянии теплового равновесия она максимальна и постоянна.

Несмотря на внешнее различие формулировок, они равноценны. Поскольку энтропия является мерой беспорядка в системе, то на основании второго закона термодинамики можно утверждать, что порядок в макроскопических системах стремится уступить место беспорядку.

В 1877 году австрийский физик Больцман дал статистическое обоснование этого закона, указав, что состояния с большей энтропией являются более вероятными. Обратные процессы характеризуются чрезвычайно малой вероятностью и потому не наблюдаются в природе.

ТРЕТИЙ ЗАКОН (третье начало) ТЕРМОДИНАМИКИ

– абсолютный нуль температуры недостижим. К абсолютному нулю можно лишь асимптотически приближаться, никогда не достигая его.