7. 1 И 2 начала термодинамики и характер физических процессов во Вселенной.

Всякая термодинамическая система в любом состоянии обладает внутренней энергией - энергией теплового движения молекул и потенциальной энерги­ей их взаимодействия. Возможны два способа изменения внутренней энергии термодинамической системы при ее взаимодействии с внешними телами: совершение работы и теплообмен. Известно, что в процессе превращения энергии действует закон со­хранения механической энергии. Поскольку тепловое движение тоже ме­ханическое (только не направленное, а хаотическое), то при всех превра­щениях должен выполняться закон сохранения энергии не только внеш­них, но и внутренних движений. Данное утверждение составляет основу первого начала термодинамики (закон сохранения энергии): количество теплоты, сообщенное телу, идет на увеличение его внут­ренней энергии и на совершение телом работы. Из первого начала термодинамики следует важный вывод: невозмо­жен вечный двигатель первого рода, т.е. такой двигатель, который совер­шал бы работу «из ничего», без внешнего источника энергии. При нали­чии внешнего источника часть энергии неизбежно переходит в энергию теплового, хаотического движения молекул, что и является причиной не­возможности полного превращения энергии внешнего источника в полез­ную работу.

Термодинамические процессы необратимы. Приведем два характерных примера необратимых процессов. Если привести в соприкосновение два тела с различной температурой, то более нагретое тело будет отдавать те­пло менее нагретому. Обратный процесс - самопроизвольный переход тепла от менее нагретого тела к более нагретому — никогда не произой­дет. Столь же необратимым является и другой процесс - расширение газа в пустоту. Газ, находящийся в части сосуда, отдаленной от другой части перегородкой, после ее удаления заполняет весь сосуд. Без посто­роннего вмешательства газ никогда не соберется самопроизвольно в той же части сосуда, где он находился первоначально.

Всякая предоставленная самой себе система стремится перейти в со­стояние термодинамического равновесия (нулевое начало термодинамики), в котором тела находятся в со­стоянии покоя по отношению друг к другу, обладая одинаковыми темпе­ратурой и давлением.

Окружающая нас среда обладает колоссальным запасом тепловой энергии. Двигатель, работающий только за счет энергии находящихся в тепловом равновесии тел, был бы практически вечным двигателем. Второе начало термодинамики исключает возможность создания такого вечного двигателя второго рода. Второе начало термодинамики, определяющее направление тепловых процессов, формулируется как закон возрастания энтропии: для всех происходящих в замкнутой системе тепловых процессов энтропия системы возрастает; максимально возможное значение энтропии замкнутой системы достигается в тепловом равновесии. Значит, энтропия характеризует меру хаоса, которая для всех естественных процессов возрастает. В этой связи закон о невозможности вечного двигателя второго рода, закон о стремлении тел к равновесному состоянию получает свое объяснение. Почему механическое движение переходит в тепловое? Да потому, что механическое движение упорядочено, а тепловое беспорядочно, хаотично. Энтропия – вероятность реализовать данное состояние системы. Тепловая смерть Вселенной с точки зрения энтропии. Разумные организмы в ней и неизвестно замкнута или нет наша Вселенная.