Необратимость процессов в природе.

Примеры необратимых процессов

Необратимость расширения газа с большим числом молекул. Описанная выше обратимость возможна лишь при небольшом числе молекул. Если же число молекул становится огромным, то результат существенно иной.

Подсчитаем вероятность того, что молекулы вновь соберутся в одной половинке сосуда после расширения, если число молекул произвольно велико.

Необратимость процессов в природе.

Примеры необратимых процессов

Молекулы идеального газа движутся практически независимо друг от друга. для одной молекулы вероятность того, что она окажется в левой половине сосуда, равна, очевидно, Такова же вероятность и для другой молекулы. Эти события независимы, и вероятность того, что первая и вторая молекулы окажутся в левой половине сосуда, равна произведению вероятностей событий: ,

для трех молекул вероятность их нахождения в левой половине сосуда равна ‚ а для четырех — . Именно такое значение вероятности мы и получили при детальном рассмотрении распределения молекул по сосуду.

Необратимость процессов в природе.

Примеры необратимых процессов

Но если взять реальное число молекул газа в 1 см3 при нормальных условиях (n=3*), то вероятность того, что молекулы соберутся в одной половине сосуда объемом 1 см3, будет совершенно ничтожна:

Необратимость процессов в природе.

Примеры необратимых процессов

Таким образом, только из-за большого числа молекул в макросистемах процессы в природе оказываются практически необратимыми. В принципе обратные процессы возможны, но вероятность их близка к нулю. Не противоречит, строго говоря, законам природы процесс, в результате которого при случайном движении молекул все они соберутся в одной половине класса, а учащиеся в другой половине класса задохнутся. Но реально это событие никогда не происходило в прошлом и не произойдет в будущем. Слишком мала вероятность подобного события, чтобы оно когда-либо случилось за все время существования Вселенной. В современном ее состоянии около нескольких миллиардов лет.

Необратимость процессов в природе.

Примеры необратимых процессов

По приблизительным оценкам, эта вероятность примерно такого же порядке, как и вероятность того, что 20 000 обезьян, хаотично ударяя по клавишам пишущих машинок, напечатают без единой ошибки «Войну и мир» Л.Н. Толстого. В принципе это возможно, но реально никогда не произойдет.

Необратимость процессов в природе.

Примеры необратимых процессов

Стрела времени. Во всех процессах существует выделенное направление, в котором процессы идут сами собой от более упорядоченного состояния к менее упорядоченному. Чем больше порядок в системе, тем сложнее его восстановить его из беспорядка. Несравненно проще разбить стекло, чем изготовить новое и вставить его в раму. Гораздо проще убить живое существо, чем возвратить его к жизни, если это вообще возможно. «БОГ сотворил маленькую букашку. Если ты ее раздавишь, она умрет» — такой эпиграф поставил американский биохимик Сент Дьерди к своей книге «Биоэнергетика».

Необратимость процессов в природе.

Примеры необратимых процессов

Выделенное направление времени «стрела времени», воспринимаемое нами, очевидно, связано с направленностью процессов в мире.

Границы применимости второго закона термодинамики. Вероятность обратных процессов перехода от равновесных состояний к неравновесным для макроскопических систем в целом очень мало, но для малых объемов, содержащих небольшое число молекул, вероятность отклонения от равновесия становится заметной. Такие случайные отклонения системы от равновесия называются флуктуациями. Именно флуктуациями плотности газа в областях порядка длины световой волны объясняются рассеяние света в атмосфере Земли и голубой цвет неба. Флуктуации давления в малых объемах объясняют броуновское движение.

Необратимость процессов в природе.

Примеры необратимых процессов

Наблюдение флуктуации служит важнейшим доказательством правильности созданной Больцманом статистической теории необратимости макропроцессов. Второй закон термодинамики выполняется только для систем с огромным числом частиц. В малых объемах становятся существенными отклонения от этого закона.

Необратимость процессов в природе связана со стремлением систем к переходу в наиболее вероятное состояние, которому отвечает максимальный беспорядок.

Принцип действия тепловых двигателей. Коэффициент полезного

действия (КПД) тепловых двигателей

Запасы внутренней энергии в земной коре и океанах можно считать практически неограниченными. Но для решения практических задач располагать запасами энергии еще недостаточно. Необходимо еще уметь за счет энергии приводить в движение станки на фабриках и заводах,

средства транспорта, тракторы и другие машины, вращать

роторы генераторов электрического тока и т. д. Человечеству нужны двигатели — устройства, способные совершать работу. Большая часть двигателей на Земле – это тепловые двигатели. Тепловые двигатели — это устройства, превращающие внутреннюю энергию топлива в механическую.

Принципы действия тепловых двигателей

Для того, чтобы двигатель совершал работу, необходима разность

давлений по обе стороны поршня двигателя или лопастей турбины, во всех тепловых двигателях эта разность давлений достигается за счет повышения температуры рабочего тела (газа) на сотни или тысячи градусов по сравнению с температурой окружающей среды. Такое повышение температуры происходит при сгорании топлива.