Взаимопревращения различных видов энергии друг в друга
Лекции.ИНФО


Взаимопревращения различных видов энергии друг в друга



Установлению закона сохранения и превращения энер­гии способствовало также открытие эффектов, отличных от механических и тепловых, а также превращения других форм движения в тепловую энергию. Еще Майер в своей работе составляет таблицу всех рассматриваемых им «сил» природы и приводит 25 случаев их взаимопревращений. Рассмотрев превращение теплоты в механическую работу, имеющее место в функционировании паровой машины, он говорит об электрической «силе» и превращении механичес­кого эффекта в «электричество», о «химической силе веще­ства», о превращении «химической силы» в теплоту и элект­ричество. Он распространяет положение о сохранении и пре­вращении этих различных «сил» природы на живые орга­низмы, утверждая, что при поглощении пищи в организме постоянно происходят химические процессы, результатом которых являются тепловые и механические эффекты.


Исследования электрических явлений давали серьезные основания для подкрепления вывода о взаимопревращении различных форм движения друг в друга. В 1800 году Воль изобретает первый химический источник электрического тока. В 1840 году русский академик Гесс получает важные результаты, свидетельствующие о превращении химических «сил» в теплоту. Работы Фарадея и Ленца приводят к от­крытиям о превращении электричества и магнетизма. Изучение процессов, происходящих в контактах двух ме­таллических проводников, проделанных Пельтье и Ленцем, свидетельствует о взаимопревращениях электрической «силы» и теплоты. В 1845 году Джоуль устанавливает со­отношение между величиной количества теплоты, выделя­емой при прохождении электрического тока через провод­ник, и величиной самого тока и сопротивления проводни­ка (закон Джоуля-Ленца).

Итак, на протяжении более четырех десятилетий фор­мировался один из самых великих принципов современной науки, приведший к объединению самых различных явле­ний природы. Принцип этот гласит, что существует опре­деленная величина, называемая энергией, которая не меня­ется ни при каких превращениях, происходящих в приро­де. Исключений из закона сохранения энергии не сущест­вует. Историками науки открытие закона сохранения и превращения энергии рассматривается как первая револю­ция в физике.

Основные выводы главы

1. Энергия — единая мера различных форм движения
материи.

2. Механическая энергия и тепловая энергия — это
только две из многих форм энергии. Все, что может быть
превращено в какую-либо из этих форм, есть тоже форма
энергии.

3. Возможны два качественно различных способа пере­
дачи энергии от одного макроскопического тела к друго­
му — в форме работы и в форме теплоты (путем теплооб­
мена). При этом макроскопическое тело рассматривается
как огромная совокупность микрочастиц.


4. Изменение энергии тела, осуществленное первым спо­
собом, называют работой, совершаемой над этим телом. Пе­
редача энергии в форме работы производится в процессе си­
лового взаимодействия тел и всегда сопровождается макро­
перемещением. Работа, совершаемая над телом, может
непосредственно пойти на увеличение любого вида энергии.

5. Передача энергии путем теплообмена между телами
обусловлена различием температур этих тел. Энергия, по­
лучаемая телом в форме теплоты, может непосредственно
пойти только на увеличение его внутренней энергии.

6. Невозможен вечный двигатель (перпетуум-мобиле)
первого рода. Это является следствием первого (I) начала
термодинамики.

7. Всеми явлениями природы управляет закон сохране­
ния и превращения энергии: энергия в природе не возни­
кает из ничего и не исчезает: количество энергии неиз­
менно, она только переходит
из одной формы вдругую.

Вопросы для самоконтроля

1. Найдите слова «теплота» и «работа» в Толковом
словаре. Сколько различных значений приводится для каж­
дого слова?

2. Придумайте несколько примеров таких процессов, в
которых работа может приводить к тому же (или близко­
му) результату, к какому привело бы тепловое взаимодей­
ствие.

3. Перечислите различные типы тепловых двигателей,
с которыми вам приходилось встречаться, о которых вы
читали или которые можете придумать сами.

4. Определите, какой энергией обладает тело массой
2 килограмма, движущееся со скоростью 10 м/с.

5. Какие виды механической энергии вам известны?

6. Сформулируйте закон сохранения механической энер­
гии и определите границы его применимости.

7. Расскажите об опыте Румфорда. Какой вывод сдела­
ли бы вы сами из результатов этого опыта?

8. Как объяснил Майер различие между величинами —
удельной теплоемкостью газа при постоянном давлении и
удельной теплоемкостью газа при постоянном объеме?


9. Сформулируйте первое (I) начало термодинамики.
Опишите способы передачи энергии от одного макроскопи­
ческого тела другому?

10. Объясните, чем обусловливается передача энергии
путем теплообмена.

4. Принцип возрастания энтропии

Принцип возрастания энтропии составляет сущность II начала термодинамики. II начало термодинамики, в об­щем-то, хорошо известно и понятно каждому человеку, ибо с ним каждый из нас сталкивается буквально на каждом шагу. Не удивительно потому, что II начало термодинами­ки было установлено даже раньше I начала термодинами­ки. Правда, первоначальная формулировка его еще не со­держала понятия энтропии.

Существует точка зрения, что первая формулировка II закона термодинамики принадлежит Жану-Батисту Жо-зефу Фурье, префекту Изера, которому в 1811 году была присуждена премия французской Академии наук за матема­тическую теорию распространения тепла. Фурье сформули­ровал закон теплопроводности, согласно которому количе­ство теплоты, которое переносится в единицу времени че­рез единицу площади поверхности вдоль какого-либо направления, прямо пропорционально величине изменения температуры вдоль этого направления. Причем, что харак­терно, количество теплоты переносится от тел с большей температурой в направлении к телам с меньшей темпера­турой. Теплопроводность приводит к все большему вырав­ниванию температур до тех пор, пока распределение темпе­ратуры во всех точках пространства рассматриваемой изо­лированной системы станет одинаково.

Фурье оказался первым, кто количественно описал явление, составляющее элемент обыденного знания чело­века, и в то же время немыслимое с точки зрения клас­сической ньютоновской механики, все законы которой яв­ляются обратимыми. Немыслимое по той причине, что явление теплопроводности описывает необратимые про­цессы.


Дальнейшая судьба понятия необратимости в науке связана с упоминаемой в предыдущей главе работе С. Кар-но «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу».

Идеальный цикл Карно

Отец Никола Леонара Сади Карно — знаменитый фран­цузский генерал, «организатор побед Великой французской революции» Лазар Никола Карно, инженер по образованию, проявлял значительный интерес к науке и практическому применению инженерных достижений. Он занимался ана­лизом работы тепловых машин, и Сади Карно продолжил работу своего отца. Придерживаясь теплородной теории, С. Карно, тем не менее, сумел получить результаты, имею­щие непреходящее значение для развития науки.

Во-первых, С. Карно ввел понятие циклического (кру­гового) процесса. Наблюдая действие паровой машины, он обратил внимание, что используемый для перемещения цилиндра пар затем выпускается в среду с меньшей тем­пературой, где он снова превращается в воду (конденсат), причем конденсат в дальнейшем более не используется. Карно ставит вопрос о возможности использования отра­ботанного конденсата, о возможности возвращения конден­сата в котел, где он вновь нагреется, превратится в пар, который при своем дальнейшем расширении вновь совер­шит работу над поршнем. Таким образом, вода будет про­ходить полный цикл — ряд процессов, в результате кото­рых возвратится в исходное состояние.

Второй важный шаг состоял в том, что Карно устано­вил, что подобный непрерывный циклический процесс воз­можен лишь при наличии двух нагревателей: нагревателя при высокой температуре Т1 и холодильника при более низкой температуре Т2. Кроме нагревателя и холодильника необходимо рабочее тело. Рабочее тело, забирая у нагрева­теля количество теплоты Q1произведя работу, для восста­новления своих исходных параметров (для обеспечения непрерывности цикла) должно отдать некоторое количе­ство теплоты Q2 холодильнику. Основываясь на теплород­ной теории теплоты, Карно полагал, что «падение теплород­ной субстанции», обусловленное разностью температур на-


гревателя и холодильника, аналогично падению воды с бо­лее высокого уровня на низкий. Так что работа определя­ется перепадом между температурами теплорода в нагре­вателе и холодильнике.

Далее Карно вводит для характеристики тепловой ма­шины понятие коэффициента полезного действия (КПД), рассматриваемого как отношение работы, совершаемой ра­бочим телом, к количеству теплоты Q1взятой у нагрева­теля:

Основная задача, решение которой являлось целью ра­боты Карно, состояла в определении, от чего зависит КПД тепловой машины. При этом он демонстрирует поистине научно-теоретический подход, ибо пытается определить КПД машины независимо от «какого-либо механизма», «какого-либо определенного агента», то есть предлагает рассмотреть идеальную тепловую машину. Основная осо­бенность этой идеальной машины состоит в том, что все изменения в ней должны происходить обратимым путем.

Обратимым называется процесс, который может идти как в прямом, так и в обратном направлении, и по возвра­щении системы в исходное состояние не происходит ника­ких изменений. Любой другой процесс называется необра­тимым. Оказывается, если исключить из рассмотрения яв­ления, происходящие в микромире, то в природе строго обратимых процессов не существует. Еще Лазар Карно об­ратил внимание на то, что для достижения наивысшего КПД при постройке и эксплуатации механического устрой­ства следует сводить до минимума удары, трение, иными словами, все процессы, которые приводят к потере «живой силы». Сади Карно строит свою теорию, рассматривая яв­ление получения движения из тепла, исходя из самых об­щих соображений, отвлекаясь от разнообразных частных факторов в функционировании машины. Он пытается оп­ределить, от чего зависит максимальный КПД машины. Поэтому он и берет в рассмотрение идеализированную ма­шину, существенной особенностью процесса которой явля­ется циклический и обратимый характер. В качестве рабо­чего тела Карно использует воздух, чтобы избежать слож­ностей, связанных с изменением фазы — превращением


воды в пар, а затем пара — в воду. Более того, Карно при­ходит к верному заключению о том, что для повышения КПД надо исключить прямые контакты между нагревате­лем и холодильником, чтобы ни одно изменение темпера­туры не было обусловлено прямыми потоками тепла между двумя телами, находящимися при различных температу­рах. Эти потоки не производили бы никакой механической работы и приводили бы к снижению КПД.

Рассуждая подобным образом, Карно разделил цикл идеальной тепловой машины на четыре стадии.

1-я стадия. Рабочее тело, обладающее температурой на­гревателя T1, приводится в контакт с нагревателем и по­лучает у него количество теплоты Q1,которое целиком расходуется на работу по расширению рабочего тела. Ни­какая часть от полученной теплоты не расходуется на уве­личение внутренней энергии рабочего тела, не теряется зря вследствие равенства температур рабочего тела и нагрева­теля в начале цикла. 1-я стадия цикла протекает при по­стоянной температуре Т1, изотермически.

2-я стадия. Рабочее тело изолируется от источника, тепло не поступает и не уходит из системы. То есть коли­чество теплоты не поглощается и не тратится. Говорят, что процесс на 2-й стадии протекает адиабатически, то есть без теплообмена. При этом рабочее тело продолжает расши­ряться, и работа по его расширению происходит за счет резервов внутренней энергии рабочего тела. Внутренняя энергия рабочего тела при его расширении уменьшается, и рабочее тело охлаждается. Такое адиабатическое расшире­ние рабочего тела продолжается до тех пор, пока темпера­тура его не станет равной температуре холодильника.

3-я стадия. И вот тут-то рабочее тело с температурой Т2 подается в холодильник с такой же температурой Т2. Опять достигается экономия: теплота не растрачивается зря, так как нет переноса тепла между рабочим телом и холодильником, связанного с разностью их температур. Тем не менее, рабочее тело отдает некоторое количество теплоты Q2 холодильнику, вследствие чего уменьшается объем рабочего тела, оно сжимается. Процесс сжатия ра­бочего тела необходим для обеспечения цикличности ра­боты машины, ибо при этом уменьшается объем рабочего тела. Вспомним, что в нагреватель на 1-й стадии рабочее


тело поступало с меньшим объемом и только потом рас­ширялось, совершая работу.

4-я стадия. И, наконец, на 4-й стадии рабочее тело ади­абатически сжимается до первоначального объема. При этом внутренняя энергия его увеличивается. Процесс этот продолжается до тех пор, пока температура рабочего тела не становится равной температуре нагревателя Т1.

Итак, цикл оказывается обратимым. Две изотермичес­кие стадии (1-я и 3-я) при постоянных температурах (со­ответственно, Т1 — на 1-й стадии и Т2 — на 3-й стадии) связаны между собой двумя адиабатическими стадиями.

И хотя Сади Карно не определил величину КПД иде­альной обратимой машины, и сама его книга «О движу­щей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» содержит в себе всего 45 страниц, основные прин­ципы, выдвинутые автором в этом труде оказались фун­даментальным вкладом в генезис и развитие термодина­мики. Карно пришел к совершенно верному выводу о том, что КПД идеальной машины зависит только от тем­ператур нагревателя и холодильника, а КПД любой дру­гой машины всегда меньше КПД идеальной тепловой ма­шины.

Уже после смерти Сади Карно, в 1850 году, Клаузиус дал новое строго математическое описание цикла Карно с точки зрения сохранения энергии. Согласно I началу тер­модинамики количество теплоты, отдаваемое рабочим те­лом холодильнику Q2, должно быть меньше количества теплоты, взятого у нагревателя Q1 на величину произведен­ной работы:

A = Q1 — Q2.

Напомним, что анализ Карно, основанный на представ­лениях о теплороде, предполагает равенство Q1 и Q2.

Клаузиус определяет, что при работе тепловой машины не все количество теплоты, взятое у нагревателя, переда­ется холодильнику. Часть этой теплоты превращается в работу, совершаемую машиной. Однако одного первого на­чала термодинамики недостаточно для объяснения работы тепловой машины. Клаузиус показал, что объяснение пре­вращения теплоты в работу основывается еще на одном принципе, сформулированном Карно, утверждающим, что в любом непрерывном процессе превращения теплоты от го-


рячего нагревателя в работу непременно должна происхо­дить отдача теплоты холодильнику. Таким образом, име­ет место общее свойство теплоты, заключающееся в том, что теплота «всегда обнаруживает тенденцию к уравниванию температурной разницы путем перехода от теплых тел к холодным». Это положение Клаузиус предлагает назвать «вторым основным положением механической теории теп­лоты».

В 1852 году Уильям Томсон пришел к аналогичным выводам. Он указал на существование в природе универ­сальной тенденции к деградации механической энергии. Значение работ Клаузиуса и Томсона трудно переоценить. Фактически они объединили при анализе работы тепловой машины две концепции: концепцию Майера, Джоуля, Коль­динга о сохранении энергии и принцип Карно, утвержда­ющий зависимость КПД машины от разности температур нагревателя и холодильника. Тем самым, были утвержде­ны I и II начала термодинамики.

Взяв оба эти начала за исходные, Клаузиус получил выражение для КПД идеальной тепловой машины:

и показал, что КПД любой тепловой машины должен быть меньше или равен КПД идеальной машины:

Это утверждение также является одной из формулиро­вок II начала термодинамики. Итак,

Понятие энтропии

Для идеальной машины Карно справедливо, что

 

Отсюда получается равенство


Так как количество теплоты Q2 отдается холодильни­ку, его надо взять со знаком «минус». Следовательно, по­лучаем выражение

Будем писать вместо Q, подчеркивая, что речь идет о порции , полученной рабочим телом от нагревате­ля, и порции , потерянной им в холодильнике.

Полученное выражение напоминает закон сохранения, а это, в свою очередь, не может не привлечь внимания к величине

В 1865 году Клаузиус ввел новое понятие «энтропия» (entropia — от греч. «поворот», «превращение»). Клаузис посчитал, что существует некоторая величина S, которая, подобно энергии, давлению, температуре, характеризует со­стояние газа. Когда к газу подводится некоторое количе­ство теплоты , то энтропия S возрастает на величину, равную

В предыдущей главе говорилось о том, что в течение длительного времени ученые не делали различий между такими понятиями, как температура и теплота. Однако ряд явлений указывал на то, что эти понятия следует раз­личать. Так, при таянии льда теплота расходуется, а тем­пература льда не изменяется в процессе плавления. После введения Клаузиусом понятия энтропии стало понятно, где пролегает граница четкого различения таких понятий, как теплота и температура. Дело в том, что нельзя говорить о каком-то количестве теплоты, заключенном в теле. Это понятие не имеет смысла. Теплота может передаваться от тела к телу, переходить в работу, возникать при трении, но при этом она не является сохраняющейся величиной. Поэтому теплота определяется в физике не как вид энер­гии, а как мера изменения энергии. Вто же время введен­ная Клаузиусом энтропия оказалась величиной, сохраняю­щейся в обратимых процессах. Это означает, что энтропия системы может рассматриваться как функция состояния системы, ибо изменение ее не зависит от вида процесса, а определяется только начальным иконечным состояния-


ми системы. Покажем, что в идеальном цикле Карно эн­тропия сохраняется.

Рассмотрим величину , которая означает бесконеч­но малое приращение теплоты, настолько малое, что состо­яние системы характеризуется одним и тем же значени­ем температуры, неизменным по всему объему рассматри­ваемой системы. То есть предполагается, что система во все моменты времени находится в тепловом и механическом равновесии, и любое изменение ее состояния слагается из последовательности равновесных состояний, каждое из ко­торых лишь бесконечно мало отличается от предшеству­ющего. Именно такой характер поведения системы реали­зуется в обратимых процессах.

Если процесс обратимый, как в круговом цикле Карно, то

Из этого соотношения следует, что энтропия рабочего тела на 1-й стадии возрастает ровно настолько, насколь­ко она уменьшается на 3-й стадии. На 2-й и на 4-й ста­диях энтропия рабочего тела не изменяется, так как про­цессы здесь протекают адиабатически, без теплообмена.

Иными словами, в случае обратимых процессов,

то есть

S = const — энтропия изолированной системы в случае обратимых процессов постоянна.

При необратимых процессах получаем закон возраста­ния энтропии:

Для того чтобы осуществить обратимый процесс, необ­ходимо, как это уже упоминалось, добиться очень медленно­го расширения или сжатия рабочего тела, чтобы изменения системы представляли собой последовательность равновес­ных состояний. В таком цикле совершение какой-либо полезной работы потребует бесконечно большого времени. Чтобы получить работу в короткие промежутки времени, то есть хорошую мощность, приходится нарушать условия идеального цикла. А это сразу приведет к неодинаковос­ти температуры на разных участках системы, к потокам тепла от более горячих участков к менее горячим, то есть к возрастанию энтропии системы.

Для описания термодинамических процессов I начала термодинамики оказывается недостаточно, ибо I начало


термодинамики не позволяет определить направление про­текания процессов в природе. Тот факт, что энтропия изо лированной системы не может убывать, а только возрастает и достигает максимального значения в равновесном состо­янии, является отражением того, что в природе возможны процессы, протекающие только в одном направлении — в направлении передачи тепла только от более горячих тел менее горячим.

Существуют различные формулировки II начала термо­динамики. Все они являются эквивалентными. Приведем некоторые изних:

1. Невозможны такие процессы, единственным конеч­
ным результатом которых был бы переход тепла от
тела, менее нагретого, к телу, более нагретому.

В природе возможны процессы, протекающие только в одном направлении в направлении передачи тепла только от более горячих тел менее горячим.

2. КПД любой тепловой машины всегда меньше 100
%, то есть невозможен вечный двигатель (перпетуум-мо­
биле) II рода (так как невозможно построить тепловую
машину, работающую не за счет перепада теплоты, а за
счет теплоты одного нагревателя).

КПД любой реальной тепловой машины всегда мень­ше КПД идеальной тепловой машины.

3. Энтропия изолированной системы при протекании
необратимых процессов возрастает, ибо система, предо­
ставленная самой себе, переходит из менее вероятного со­
стояния в более вероятное. Энтропия системы, находя­
щейся в равновесном состоянии, максимальна и постоян­
на

Эту последнюю формулировку требуется обсудить более подробно.

Энтропия и вероятность

В основе термодинамики лежит различие между двумя типами процессов — обратимыми и необратимыми.

Понятие энтропии позволяет отличать в случае изоли­рованных систем обратимые процессы (энтропия макси­мальна и постоянна) от необратимых процессов (энтропия возрастает).


Благодаря работам великого австрийского физика Люд­вига Больцмана, это отличие было сведено с макроскопи­ческого уровня на микроскопический. Состояние макроско­пического тела (системы), заданное с помощью макропара­метров (параметров, которые могут быть измерены макро­приборами — давлением, температурой, объемом и други­ми макроскопическими величинами, характеризующими си­стему в целом), называют макросостоянием.

Состояние макроскопического тела, охарактеризованное настолько подробно, что оказываются заданными состоя­ния всех образующих тело молекул, называется микросо­стоянием.

Всякое макросостояние может быть осуществлено раз­личными способами, каждому из которых соответствует некоторое микросостояние системы. Число различных мик­росостояний, соответствующих данному макросостоянию, называется статистическим весом W, или термодинамичес­кой вероятностью макросостояния. Попробуем разобраться в этом.

Мы знаем, что весь окружающий мир состоит из моле­кул и атомов. Поместим в некоторый сосуд с теплоизоли­рованными стенками некоторое количество газа, число мо­лекул которого равно N. Выделим какую-либо одну моле­кулу. Предположим, что каким-либо образом мы можем ее пометить, скажем, можем окрасить ее в зеленый цвет. Если бы мы могли это сделать, то получили бы возмож­ность отличать ее от других молекул и тем самым отсле­дить ее поведение в данном объеме. Наблюдая за этой молекулой, мы очень скоро убедимся, что она может зани­мать любое положение в сосуде. Причем положение ее в любое мгновение оказывается случайным.

Теперь разделим наш объем на две половины. Мы уви­дим, что наша молекула, беспорядочно блуждая, постоянно натыкаясь (сталкиваясь) с другими молекулами, пробудет в одной из половинок сосуда ровно половину времени, в течение которого мы за ней наблюдаем. В этом случае, го­ворят, что вероятность ее пребывания в одной из полови­нок сосуда равна 1/2. Если мы будем наблюдать уже за двумя мечеными молекулами, то вероятность того, что мы обнаружим сразу обе молекулы в одной из половинок со­суда, окажется равной произведению вероятностей каждой


молекулы 1/2 • 1/2 = 1/4. Аналогично для трех молекул эта вероятность равна (1/2)3, а для N молекул — (1/2)N. В 29 граммах воздуха, например, содержится число моле­кул N, равное 6,023 • 1023. Соответственно, вероятность на­хождения сразу всех молекул в одной половине объема со­суда (1/2)N ничтожно мала. Такое событие является мало­вероятным. Нам это и не кажется странным. Странным было бы, если бы в одной комнате все молекулы воздуха вдруг в некоторый момент времени собрались бы в одной ее половине, а в другой половине оказалось бы безвоздуш­ное пространство. И если бы мы не успели или не догада­лись, что надо срочно перепрыгнуть в нужную половину комнаты, то умерли бы от кислородного голодания. Мы знаем, что такое событие является маловероятным. Веро­ятность же того, что все молекулы находятся во всем объе­ме данного сосуда, максимальна и примерно равна едини­це. Состояние это может реализовываться наибольшим числом способов, когда любая из молекул может находить­ся в любой точке пространства сосуда. В этом случае ста­тистический вес, то есть число способов, которым может быть реализовано это состояние, максимальный.

Пусть в некоторый момент времени нам удалось за­гнать все молекулы с помощью диафрагм (перегородок) в правую верхнюю часть сосуда. Остальные 3/4 объема со­суда оставались при этом пустыми. Далее уберем диафраг­мы и увидим, что молекулы заполнят весь объем сосуда, то есть перейдут из состояния с меньшей вероятностью в со­стояние с большей вероятностью. То есть процессы в си­стеме идут только в одном направлении: от некоторой структуры (порядка, когда все молекулы содержались в верхнем правом углу объема сосуда) к полной симметрии (хаосу, беспорядку, когда молекулы могут занимать любые точки пространства сосуда).

Больцман первым увидел связь между энтропией и ве­роятностью. При этом он понял, что энтропия должна выражаться через логарифм вероятности. Ибо если мы рассмотрим, скажем, две подсистемы одной системы, каждая из которых характеризуется статистическим весом, соответ­ственно W1 и W2, полный статистический вес системы ра­вен произведению статистических весов подсистем:


в то время как энтропия системы S равна сумме энтропии подсистем:

Больцман связал понятие энтропии S с InW. В 1906 году Макс Планк написал формулу, выражающую основную мысль Больцмана об интерпретации энтропии как лога­рифма вероятности состояния системы:

S = k lnW

Коэффициент пропорциональности к был рассчитан Планком и назван постоянной Больцмана. Формула «S = k lnW» выгравирована на памятнике Больцману на его могиле в Вене.

Идея Больцмана о вероятностном поведении отдельных молекул явилась развитием нового подхода при описании систем, состоящих из огромного числа частиц, впервые раз­витого Максвеллом. Максвелл пришел к пониманию того, что в этих случаях физическая задача должна быть постав­лена иначе, чем в механике Ньютона. Очевидно, что наш пример с мечеными молекулами сам по себе неосуществим, ибо в принципе невозможно проследить в течение значи­тельного интервала времени за движением отдельной мо­лекулы. Невозможно также определить точно координаты и скорости всех молекул макроскопического тела одновре­менно в данный момент времени. Задачу следует ставить иначе, а именно — попытаться найти вероятность того, что данная молекула обладает таким-то значением скорости. Максвелл ввел для описания случайного характера пове­дения молекул понятие вероятности, вероятностный (ста­тистический закон). Используя новый подход, Максвелл вывел закон распределения числа молекул газа по скоро­стям. Этот закон вызвал длительную дискуссию, длившу­юся десятилетия вплоть до изготовления молекулярных насосов, позволивших произвести экспериментальную про­верку закона. В 1878 году Больцман, как уже говорилось, применил понятие вероятности, введенное Максвеллом, и показал, что второй закон термодинамики также является следствием более глубоких статистических законов поведе­ния большой совокупности частиц.

Таким образом, с развитием статистической физики и термодинамики на место причинных динамических законов


становятся статистические законы, позволяющие предви­деть эволюцию природы не с абсолютной достоверностью, а лишь с большой степенью вероятности.









Читайте также:

  1. F25.08 Другое шизоаффективное расстройство, маниакальный тип
  2. F71.98 Умственная отсталость умеренная без указаний на нарушение поведения, обусловленная другими уточненными причинами
  3. F78.81 Другие формы умственной отсталости с другими нарушениями поведения, обусловленные предшествующей инфекцией или интоксикацией
  4. I. Герундий в различных функциях
  5. I. Инфинитив в различных функциях
  6. I.3. Связь педагогики с другими науками
  7. INCLUDE –вставить другой файл
  8. S: Категория, обозначающая совокупность отношений, выражающих координацию существующих объектов, их расположение друг относительно друга и относительную величину
  9. VI. Друг, Богом обозначенный
  10. VI. Особенности технического обслуживания и ремонта жилых зданий на различных территориях
  11. VI.2. Представление отдельных видов текстового материала
  12. VIII. Запятые при словах и группах слов, ограничивающих или уточняющих другие слова в предложении


Последнее изменение этой страницы: 2016-03-22; Просмотров: 144;


lektsia.info 2017 год. Все права принадлежат их авторам! Главная