19. Современная наука о пространстве и времени. Описание пространства и времени в ведущих физических теориях.

Пространство выражает порядок сосуществования отдельных объектов. Время выражает порядок смены явлений. Общие свойства: объективны, всеобщи, зависят друг от друга (неразрывно связаны друг с другом и с движением материй).

Осн св-ва пр и вр: 1)метрические (кол-во) – вр: длительность, однородность; пр: изотропность, однородность, протяженность; 2)топологические (качество) – вр: одномерность, непрерывность, однонаправленность, лин упорядоченность; пр: 3хмерность, непрерывность.

СТО и ОТО – современные теории метрических св-в пр и вр.

Последовательная теория топологических св-в пр и вр еще не построена.

Классика – абсолютная ТО времени, неклассика – относительность пр и вр => все это – хар-р сост сист.

Постнеклассика => необратимость м/у состояниями.

Классич механика Н	СТО	ОТО
Пр и вр абсолютны и не зависят ни друг от друга, ни от мат процессов.	Пр и вр неразрывно связаны м/у собой, но по-прежнему не зависят от материи.	Пр и вр влияют на все, что происходит во вселенной и сами изм под влиянием всего в ней происходящего, геометрии пр и вр риманова Вселенная имеет начало, а возможно и конец.

Классическая механика Ньютона и СТО: пространство и время – жесткая арена для событий, на которую все происходящее на ней никак не влияет.

20. Развитие представлений о природе тепловых явлений. Начала термодинамики. Цикл Карно.

Учение о тепловых явлениях стало зарождаться в середине XVII века, когда Галилей изобрел термометр (1600 г). Привычный термометр – 1700 г. ,1742 – Цельсий.

Долгое время тепл явл связывали с перетеканием от одного тела к другому гипотетической субстанции – теплорода. С теорией теплорода конкурировала молекулярно-кинетич теория, она связывала тепл дв-ия с дв-ем атомов. Последователи: Бэкон, Декарт, Ломоносов и т.д.

До середины XVIII в господствовала теория теплорода. Позже в опытах было доказано, что тепловой жидкости не сущ-ет. Решающий опыт: 1798 – Румфорд.

С 60-ых годов XVIII в нач промышленная революция => поняли, что из теплоты можно получить работу. Необходимо сделать процесс обратимым. Первая машина по превращению теплоты в работу – Уатт. 1807 – первый речной пароход, Роберт Фултон. 1825 – первая железная дорога, паровоз, Джордж Стефенсон.

1824 - Карно рассмотрел идеал тепл машину (отсутствовало трение и теплообмен).

Ц икл К- идеал т/дин цикл, в кот совершается превращение теплоты в работу (или работы в теплоту).

Рабочее тело – газ в цилиндре под поршнем. 2 изотермы, 2 изобаты.

1-2 – раб тело получает от нагревателя температуру Тн и теплоту Q1.

2-3 – газ, расширяясь, охлаждается до температуры Тх.

3-4 – газ изотермич сжимают, при этом он отдает холод-ку кол-во теплоты Q2.

4-1 – газ сжимают до тех пор, пока его температура не станет равной начальной.

- идеал тепловая машина. - реал тепловая машина.

Одним из важных св-в цикла Карно явл его обратимость: он может быть проведён как в прямом, так и в обратном напр-и, при этом энтропия адиабатически изолированной (без теплообмена с окр средой) сист не меняется. КПД тепловой машины Карно зависит только от температур нагревателя и холодильника.

Ŋ=(Qn-Qx)/Qn=(Tn-Tx)/Tn.

В циклах реал тепл двигателей процессы явл неравновесными, вследствие чего КПД реал тепл двигателей при одном и том же температурном интервале значительно меньше КПД цикла К. Ни один тепл двигатель, работающий при двух заданных температурах, не может быть эффективнее идеал двигателя Карно. В противном случае произойдет нарушение 2ого начала т/д, поскольку такой двигатель отбирал бы тепло от менее нагретого резервуара и передавал бы его более нагретому.

КПД цикла Карно, произведенного с идеал газом, опр-ся только температурами T1 (горячего) и T2 (холодного) источников тепла. При этом КПД тем больше, чем больше разность м/у T1 и T2 . КПД цикла Карно равен 1 в 2х практически недостижимых случаях: когда Т1=∞ или, когда T2 =0 . Если КПД цикла равен ед-це, то из выражения Ŋ=(Qн-Qх)/Qн следует, что Qх=0 , т. е. все тепло Qн , полученное от горячего источника, преобразуется в работу, что запрещено 2ым началом т/д. След-но, КПД никакого цикла, в том числе и цикла Карно, не может быть равен ед-це.

К сер XIX века в трудах Майера, Гельмгольца и Джоуля было доказано, что теплота и работа – это две формы, в кот эн может переходить от одного тела к др. Теплота и работа энергия. 1 кал = 4,186 Дж

Все это позволило расширить рамки з-на сохр и превращения эн. Кол-во теплоты, переданное телу, идет на превращение его внутренней эн U на совершение системой работ. Суть легче понять, если . Возможны 2 способа передачи эн: в виде теплоты А или энергии Q. Джоуль получил всеобщий з-н природы. Эн в природе не возникает и не исчезает, а только переходит из одной формы в другую.

Начала т/д. Т/д рассм тепл процессы без учета молекулярного строения тела, ничего не говорит о механизме, а только устан связи м/у макроскопич св-вами в-ва. Состав т/д системы = (p, t, v).

Идеализированный объем т/д – это макроскопич сист в сост тепл равновесия (все т/д параметры не меняются со вр). В основе т/д – различие м/у обратимыми и необратим процессами. Обратимый-процесс перехода т/д сист из одного сост в другое, допускающий возможность возвращения в исходное сост ч/з ту же послед-ть промежуточных сост, что и в прямом процессе. Необратимый – это процесс, кот может самопроизвольно протекать только в одном напр-и. Пример: диффузия (где есть перенос чего-либо).

Клас т/д системы, близкие к равновесию и обратимые процессы. Связи м/у величинами однозначны => т/д – динамическая теория.

Всякая предоставленная самой себе замкнутая сист стремится перейти в сост тепл равновесия, из кот самопроизвольно выйти уже не может. Двигатель, работающий только за счет эн тел, находящийся в сост теплового равновесия, был бы вечным двигателем (2-ого рода), такой двигатель не возможен. Работа превращается в теплоту полностью, а теплота в работу – лишь частично.

1865 год – Клаузиус – особая ф-ция сост сист (энтропия). Если сист в результате обратимого процесса получает тепло с темпер Т1, то энтропия системы увелич на величину - т/д опр-ие энтропии.

Энтропия замкнутой сист в случае обратимых процессов не меняется. Необратимые процессы - возрастает.

Пример: при перетекании тепла от более горячего к более холодному энтропия сист возрастает. Т.о., энтропия замкнут сист при необратимых процессах может только возрастать . Матем ф-ровка 2ого начала т/д: энтропия возраст до тех пор, пока не наступит тепл равновесие, при кот энтропия макс.