5. Концепция пространства и времени.

И. Ньютон создал физическую картину мира (ньютоновская теория пространства и времени). По Ньютону пространство и время абсолютны. Абсолютное пространство существует независимо от времени и независимо от наполняющей его материи.

Положение материальной точки в пространстве определяется заданием трёх координат, например, широты, долготы и высоты. Это означает, что пространство трёхмерно.

Древнегреческий учёный Евклид построил геометрию трёхмерного пространства, известную в научном мире как евклидова геометрия. Древнегреческий учёный К. Птолемей уделил особое внимание трёхмерности пространства, утверждая, что в природе не может быть более трёх пространственных измерений. Для определения положения тел в пространстве французский учёный Р. Декарт (1596–1650) ввёл прямоугольную систему координат («декартовы координаты») – x, y, z.

6. Начала термодинамики. Энтропия и ее статистический смысл.

Законы термодинамики описывают поведение так называемых макроскопических систем, т. е. тел (твёрдых, жидких или газообразных), состоящих из большого числа частиц.

Всякая термодинамическая система состоит из огромного количества частиц. Энергия этих непрерывно движущихся и взаимодействующих между собой частиц называется внутренней энергией системы

В основе термодинамики лежат фундаментальные законы (начала).

Необходимым условием термодинамического равновесия в системе является равенство значений температуры для всех частей системы. Существование температуры – параметра, единого для всех частей системы, находящейся в термодинамическом равновесии, иногда называют нулевым началом термодинамики.

Первое начало термодинамики утверждает, что количество теплоты (тепла) dQ , сообщённое системе, идёт на увеличение её внутренней энергии dU и на совершение системой работы dA , т. е. dQ = dU + dA .

Первое начало термодинамики представляет собой по существу закон сохранения энергии для систем, в которых существенную роль играют тепловые процессы.

Первое начало термодинамики позволяет определить энергетический баланс любого процесса, но не указывает на направление протекания этого процесса.

Клаузиус для определения меры необратимого рассеяния энергии ввёл в термодинамику понятие «энтропия». Согласно Клаузиусу приращение энтропии dS при квазистатическом процессе (бесконечно медленном процессе, когда система переходит из одного состояния в другое последовательно через цепочку квазиравновесных состояний) определяется так называемой приведённой теплотой dQ/T ( dQ – малое количество теплоты, полученное системой; T – абсолютная температура):

dS = dQ/T .

Для необратимых процессов приращение энтропии больше приведённой теплоты, т. е. dS > dQ/T .

Следует закон возрастания энтропии, определяющий направление тепловых процессов: для всех происходящих в замкнутой системе тепловых процессов энтропия системы возрастает; максимально возможное значение энтропии замкнутой системы достигается в тепловом равновесии: (дельта S = S2 - S1 – приращение энтропии при переходе системы из состояния 1 в состояние 2; S1 и S2 – значения энтропии в состояниях 1 и 2 соответственно). Данное утверждение принято считать количественной формулировкой второго начала термодинамики.

В соответствии с эргодической гипотезой, лежащей в основе статистической физики, все микросостояния являются равновероятными. Система, предоставленная самой себе, стремится перейти в состояние с большим статистическим весом. Это позволило Больцману дать статистическую трактовку энтропии, а именно, им было установлено, что энтропия пропорциональна логарифму термодинамической вероятности состояния системы, т. е. S ~ ln_ .

Третье начало термодинамики. Теореме Нернста можно дать следующую формулировку: при приближении к абсолютному нулю приращение энтропии дельта S стремится к вполне определённому конечному пределу, не зависящему от значений, которые принимают все параметры, характеризующие состояние системы.

Если условиться энтропию всякой равновесной системы при абсолютном нуле температур считать равной нулю, то всякая неоднозначность в определении энтропии исчезнет. Энтропия, определенная таким образом, называется абсолютной энтропией. Теорема Нернста может быть, следовательно, сформулирована следующим образом. При приближении к абсолютному нулю абсолютная энтропия системы стремится также к нулю независимо от того, какие значения принимают при этом все параметры, характеризующие состояние системы.