Термодинамикийн 1-р хууль нь дотоод энерги гэсэн төрийн функцийг нэвтрүүлдэгтэй адил 2-р хууль нь энтропи (S) гэж нэрлэгддэг төрийн функцийг (грек хэлнээс) нэвтрүүлдэг. энтропи- эргэлт, хувиргалт). Энэ функцийн өөрчлөлтийг авч үзэх нь бүх үйл явцыг буцаах ба эргэлт буцалтгүй (аяндаа) гэсэн хоёр бүлэгт хуваахад хүргэсэн.

Процесс гэж нэрлэдэг буцаах боломжтой, хэрэв үүнийг эхлээд урагш, дараа нь эсрэг чиглэлд, систем болон хүрээлэн буй орчинд ямар ч өөрчлөлт үлдэхгүй байхаар хийж болно. Бүрэн буцаах процесс - хийсвэрлэл, гэхдээ олон процессыг ийм нөхцөлд хийж болох бөгөөд тэдгээрийн урвуу чадвараас хазайх нь маш бага байдаг. Үүний тулд хязгааргүй жижиг үе шат бүрт энэ үйл явц явагдаж буй системийн төлөв тэнцвэрийн төлөвтэй тохирч байх шаардлагатай.

Тэнцвэрийн байдал- термодинамик системийн эргэлт буцалтгүй эсвэл эргэлт буцалтгүй үйл явцын үр дүнд нэвтэрч, тэнд хязгааргүй хэвээр үлдэж болох онцгой төлөв. Бодит үйл явц буцах боломжтой боловч үүний тулд аажмаар явагдах ёстой.

Процесс гэж нэрлэдэг эргэлт буцалтгүй (байгалийн, аяндаа, аяндаа), хэрэв энэ нь эрчим хүчний алдагдал дагалддаг бол, өөрөөр хэлбэл, дулаан дамжуулах үйл явцын үр дүнд системийн бүх биетүүдийн хооронд жигд хуваарилалт.

Эргэшгүй үйл явцын жишээ болгон дараахь зүйлийг дурдаж болно.

хэт хөргөсөн шингэнийг хөлдөөх;

нүүлгэн шилжүүлсэн орон зайд хийн тэлэлт;

хийн фаз эсвэл шингэн дэх тархалт.

Буцааж болшгүй үйл явц үүссэн системийг анхны төлөвт нь буцаах боломжтой боловч үүнийг хийхийн тулд систем дээр ажиллах ёстой.

Буцааж болшгүй үйл явц нь үрэлтийн хүчний эсрэг ажил дагалдаж, үр дүнд нь ашиггүй эрчим хүчний зарцуулалт, эрчим хүчний алдагдал дагалддаг тул ихэнх бодит процессуудыг багтаадаг.

Үзэл баримтлалыг харуулахын тулд поршений доор цилиндрт байрлах хамгийн тохиромжтой хийг авч үзье. Эхний хийн даралтыг P 1 эзэлхүүнтэй нь V 1 (зураг 4.1) гэж үзье.

Поршен дээр цутгасан элсээр хийн даралтыг тэнцвэржүүлнэ. Тэнцвэрийн төлөв байдлын багцыг pV = const тэгшитгэлээр дүрсэлсэн ба графикаар гөлгөр муруйгаар дүрслэгдсэн (1).

Хэрэв поршений тодорхой хэмжээний элсийг зайлуулбал поршений дээрх хийн даралт огцом буурч (А-аас В хүртэл), зөвхөн дараа нь хийн эзэлхүүн тэнцвэрт байдалд (В-аас С хүртэл) нэмэгдэх болно. Энэ процессын шинж чанар нь тасархай шугам 2. Энэ шугам нь P= хамаарлыг тодорхойлдог е (V) эргэлт буцалтгүй процесст.

Цагаан будаа. 4.1. Урвуу (1) ба эргэлт буцалтгүй (2, 3) процессын үед хийн даралтын эзэлхүүнээс хамаарах хамаарал.

Хийн буцах тэлэлтийн үед түүний гүйцэтгэх ажил (1-р гөлгөр муруйн доорх талбай) ямар ч эргэлт буцалтгүй тэлэлтийн үеийнхээс их байгааг зурагнаас харж болно.

Тиймээс аливаа термодинамик процесс нь урвуу горимд явагдах тохиолдолд хамгийн их ажлын хэмжээгээр тодорхойлогддог. Хэрэв бид хийн шахалтын процессыг авч үзвэл ижил төстэй дүгнэлтэд хүрч болно. Энэ тохиолдолд ажлын хэмжээ нь сөрөг утгатай гэдгийг санаарай (Зураг 4.1, эвдэрсэн шугам 3).

Тодорхойлолт

Нэг гол руу хоёр удаа орж болохгүй гэж эртнээс тэмдэглэсэн. Бидний эргэн тойрон дахь ертөнц өөрчлөгдөж, нийгэм маань өөрчлөгдөж, нийгмийн гишүүд бид өөрсдөө л хөгширч байна. Өөрчлөлтүүд нь эргэлт буцалтгүй юм.
Буцааж болшгүй үйл явц нь зөвхөн нэг чиглэлд - бодис, дулаан гэх мэт жигд тархалт руу аяндаа тохиолдох физик процессууд юм; эерэг энтропи үйлдвэрлэлээр тодорхойлогддог. Хаалттай системд эргэлт буцалтгүй үйл явц нь энтропи нэмэгдэхэд хүргэдэг.

Ажил нь 1 файлаас бүрдэнэ

Физикийн тухай хураангуй

сэдвээр: "Байгаль дахь үйл явцын эргэлт буцалтгүй байдал"

Ажлаа дуусгасан

Игорь Рубцов

Танилцуулга

Нэг гол руу хоёр удаа орж болохгүй гэж эртнээс тэмдэглэсэн. Бидний эргэн тойрон дахь ертөнц өөрчлөгдөж, нийгэм маань өөрчлөгдөж, нийгмийн гишүүд бид өөрсдөө л хөгширч байна. Өөрчлөлтүүд нь эргэлт буцалтгүй юм.

Буцааж болшгүй үйл явц нь зөвхөн нэг чиглэлд - бодис, дулаан гэх мэт жигд тархалт руу аяндаа тохиолдох физик процессууд юм; эерэг энтропи үйлдвэрлэлээр тодорхойлогддог. Хаалттай системд эргэлт буцалтгүй үйл явц нь энтропи нэмэгдэхэд хүргэдэг.

Тэнцвэр, буцах процессыг судалдаг сонгодог термодинамик нь эргэлт буцалтгүй үйл явцын боломжит чиглэлийг харуулсан тэгш бус байдлыг тогтоодог.

Эргэх боломжгүй процессуудыг тэнцвэргүй үйл явцын термодинамик ба тэнцвэргүй үйл явцын статистик онолоор судалдаг. Эргэх боломжгүй үйл явцын термодинамик нь янз бүрийн эргэлт буцалтгүй үйл явцын хувьд тэнцвэргүй байдлын параметрүүдээс хамааран систем дэх энтропийн үйлдвэрлэлийг олох, мөн эдгээр параметрүүдийн цаг хугацааны өөрчлөлтийг тодорхойлсон тэгшитгэлийг олж авах боломжийг олгодог.

Буцааж болшгүй үйл явц

Буцааж болшгүй үйл явц нь: тархалт, дулаан дамжуулалт, дулааны тархалт, наалдамхай урсгал, хий хоосон руу тэлэх гэх мэт.

Тархалт (Латин хэлнээс diffusio - тархах, тархах, тараах), бодисыг шилжүүлэх, концентрацийг тэнцүүлэх эсвэл орчинд өгөгдсөн төрлийн бөөмсийн концентрацийн тэнцвэрт хуваарилалтыг бий болгоход хүргэдэг орчны хэсгүүдийн хөдөлгөөн . Орчны макроскоп хөдөлгөөн (жишээлбэл, конвекц) байхгүй тохиолдолд молекулуудын (атом) тархалтыг тэдгээрийн дулааны хөдөлгөөнөөр (молекулын тархалт гэж нэрлэдэг) тодорхойлно. Гадны нөлөө байхгүй үед молекулын тархалттай гетероген системд (хий, шингэн) тархалтын урсгал (массын урсгал) нь түүний концентрацийн градиенттай пропорциональ байна. Пропорциональ коэффициентийг тархалтын коэффициент гэж нэрлэдэг. Физикийн хувьд молекулуудын (атом) тархалтаас гадна дамжуулагч электрон, нүх, нейтрон болон бусад бөөмсийн тархалтыг авч үздэг.

Дулаан дамжилтын илтгэлцүүр, дулааны хөдөлгөөн ба түүний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн харилцан үйлчлэлийн үр дүнд биеийн илүү халсан хэсгүүдээс бага халсан хэсгүүдэд энерги шилжүүлэх. Биеийн температурыг тэнцвэржүүлэхэд хүргэдэг. Ихэвчлэн дулааны урсгалын нягт гэж тодорхойлсон энергийн хэмжээ нь температурын градиенттай пропорциональ байна (Фурьегийн хууль). Пропорциональ коэффициентийг дулаан дамжилтын илтгэлцүүр гэж нэрлэдэг.

Дулааны тархалт (дулааны эсвэл дулааны тархалт), орчин дахь температурын градиент (уусмал, хольц) байдгаас үүссэн тархалт. Дулааны тархалтын үед бага ба өндөр температуртай газар дахь бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн концентраци өөр өөр байдаг. Уусмал дахь дулааны диффузийг Швейцарийн эрдэмтэн Ч.Сорет (1879)-ийн нэрээр Сорет эффект гэж нэрлэдэг.

Тэнцвэргүй үйл явц нь систем тэнцвэргүй төлөвийг дамжин өнгөрөх физик процесс юм. Тэнцвэргүй үйл явц нь эргэлт буцалтгүй байдаг.

Тэнцвэргүй үйл явцын термодинамик нь термодинамикийн ерөнхий хуулиудад тулгуурлан тэнцвэргүй үйл явц (тархалт, зуурамтгай чанар, дулаан цахилгааны үзэгдэл гэх мэт)-ийг судалдаг физикийн салбар юм. Тэнцвэргүй үйл явцыг тоон байдлаар судлах, ялангуяа гадаад нөхцөл байдлаас хамааран хурдыг тодорхойлохын тулд системийн энгийн эзэлхүүнүүдийн масс, импульс, энерги, энтропийн тэнцвэрийн тэгшитгэлийг эмхэтгэж, эдгээр тэгшитгэлийг доорхи процессуудын тэгшитгэлийн хамт судалдаг. авч үзэх. Тэнцвэргүй үйл явцын термодинамик - онолын үндэслэлнээлттэй систем, түүний дотор амьд биетүүдийн судалгаа.

Нээлттэй системүүд, хүрээлэн буй орчинтой бодис (мөн энерги, импульс) солилцох боломжтой системүүд. Нээлттэй системд жишээлбэл, тасралтгүй урсах химийн болон биологийн систем (амьд организм орно) орно. химийн урвалгаднаас орж ирж буй бодисуудаас болж урвалын бүтээгдэхүүнийг зайлуулдаг. Нээлттэй системүүд нь тэнцвэрийн төлөвөөс хол, хөдөлгөөнгүй төлөвт байж болно.

Системийн тэнцвэргүй байдал

Үнэмлэхүй тэнцвэртэй системд энтропи нь өгөгдсөн тооны элементийн хувьд боломжтой хамгийн дээд утгад хүрдэг. EO max дээрх элементүүд. бусад элементүүдийн нөлөөллөөс үл хамааран хязгааргүй "чөлөөтэй" үйлдэл хийх. Системд ямар ч дараалал байхгүй.

Системд туйлын эмх замбараагүй байдал байдаггүй нь ойлгомжтой. Бодит амьдрал дээрх бүх системүүд нь бүтцийн хувьд бага эсвэл илүү мэдэгдэхүйц дараалалтай бөгөөд түүнд тохирсон GNG байдаг. Системийн бүтцэд хэдий чинээ эмх цэгцтэй байна төдий чинээ тэнцвэрийн төлөвөөс холддог. Нөгөө талаас, тэнцвэргүй систем нь термодинамик тэнцвэрт байдал руу шилжих хандлагатай байдаг, i.e. OE-ээ нэмэгдүүлэх. Хэрэв тэд нэмэлт эрчим хүч эсвэл GNG авахгүй бол тэд чадахгүй урт хугацаатэнцвэргүй байдлыг хадгалах. Гэхдээ тэнцвэрт байдал нь динамик байж болно, тэнд үйл явц нь эсрэг чиглэлд ижил тэнцүү явагддаг. Гадны хувьд тэнцвэрийг хадгалж байдаг, i.e. системийн тогтвортой байдал. Хэрэв ийм үйл явцын хурд бага зэрэг өөрчлөгдвөл ийм горим нь хөдөлгөөнгүй, өөрөөр хэлбэл. цаг хугацааны хувьд харьцангуй тогтвортой. Процессын хурд маш өргөн хүрээнд өөрчлөгдөж болно. Хэрэв процессын хурд маш бага бол систем нь орон нутгийн бараг тэнцвэрт байдалд байж болно, өөрөөр хэлбэл. илэрхий тэнцвэр. Системийн тэнцвэргүй байдал нь тэдний мэдээлэл солилцоход чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Тэнцвэргүй байдал их байх тусам тэдний мэдрэмтгий байдал, мэдээллийг хүлээн авах чадвар нэмэгдэж, системийг өөрөө хөгжүүлэх боломж нэмэгддэг.

Хаалттай систем дэх энтропийн өсөлт

Дулааны хөдөлгүүрийн ажиллах хуулиудыг тайлбарлахын тулд энтропи анх гарч ирсэн. Нарийн утгаараа энтропи нь хаалттай системийн тэнцвэрт байдлыг тодорхойлдог их тоотоосонцор.

Ердийн ойлголтоор бол систем дэх тэнцвэрт байдал нь эмх замбараагүй байдал гэсэн үг юм. Хүний хувьд хамгийн их энтропи бол сүйрэл юм. Аливаа эвдрэл нь энтропийг нэмэгдүүлдэг.

Хаалттай системийн энтропи эргэлт буцалтгүй байдаг. Гэвч байгальд бүрэн хаалттай систем байдаггүй. Нээлттэй тэнцвэргүй системүүдийн хувьд энтропийн тодорхой тодорхойлолт хараахан мэдэгдээгүй байна. Энтропийг хэмжих боломжгүй. Үүнийг физикийн хатуу хуулиас гаргаж авах боломжгүй. Хийн доторх үйл явцын эргэлт буцалтгүй байдлыг тодорхойлохын тулд термодинамик дээр энтропийг нэвтрүүлсэн.

Олон эрдэмтэд термодинамикийн феноменологийн хуулиудыг байгалийн хууль гэж үздэггүй, харин тэдгээрийг дулааны хөдөлгүүр ашиглан хийтэй ажиллахад онцгой тохиолдол гэж үздэг. Тиймээс физикт энтропийн талаар дэлгэрэнгүй тайлбарлахыг зөвлөдөггүй.

Нөгөөтэйгүүр, бие махбодийн үйл явц болон бидний амьдрал өөрөө эргэлт буцалтгүй байдаг нь баримт юм. Энэ байр сууринаас харахад системийн төлөв байдлыг тодорхойлохын тулд физикийн бус шинжлэх ухаанд энтропийн ойлголтыг ашиглах нь бүрэн үндэслэлтэй юм. Бүгд байгалийн систем, түүний дотор хүний ​​бие, хүний ​​нийгэмлэгүүд хаалттай байдаггүй. Системийн нээлттэй байдал нь эрчим хүчний солилцооны тусламжтайгаар энтропийг орон нутгийн хэмжээнд бууруулах боломжийг олгодог.Эргэшгүй үйл явцын жишээ. Халаасан бие аажмаар хөргөж, энергийг хүрээлэн буй орчны хүйтэн бие рүү шилжүүлдэг. Хүйтэн биеэс халуун бие рүү дулаан дамжуулах урвуу үйл явц нь хүйтэн биеэс ялгарах дулааны хэмжээ нь халуун биеийн дулаантай тэнцүү бол энерги хадгалагдах хуультай зөрчилддөггүй. үйл явц хэзээ ч аяндаа тохиолддоггүй.
Өөр нэг жишээ. Дүүжингийн хэлбэлзэл нь тэнцвэрт байдлаасаа ялзардаг ( Зураг 13.9; 1, 2, 3, 4- тэнцвэрийн байрлалаас хамгийн их хазайсан үед дүүжингийн дараалсан байрлалууд). Үрэлтийн хүчний ажлын улмаас дүүжингийн механик энерги буурч, дүүжин ба хүрээлэн буй агаарын температур (тиймээс тэдгээрийн дотоод энерги) бага зэрэг нэмэгддэг. Дүүжин өөрөө хөргөж, савлуурын хэлбэлзлийн далайц ихсэх үед урвуу үйл явц нь эрчим хүчний хувьд зөвшөөрөгддөг. орчин. Гэхдээ ийм үйл явц хэзээ ч ажиглагддаггүй. Механик энерги нь аяндаа дотоод энерги болж хувирдаг боловч эсрэгээрээ биш юм. Энэ тохиолдолд бүхэл бүтэн биеийн эмх цэгцтэй хөдөлгөөний энерги нь түүнийг бүрдүүлдэг молекулуудын эмх замбараагүй дулааны хөдөлгөөний энерги болж хувирдаг.

Байгаль дахь үйл явцын эргэлт буцалтгүй байдлын талаархи ерөнхий дүгнэлт. Халуун биеэс хүйтэн бие рүү дулаан шилжих, механик энерги нь дотоод энерги рүү шилжих нь хамгийн ердийн эргэлт буцалтгүй үйл явцын жишээ юм. Ийм жишээнүүдийн тоог бараг хязгааргүй нэмэгдүүлэх боломжтой. Тэд бүгдээрээ байгаль дээрх үйл явц нь термодинамикийн нэгдүгээр хуульд ямар ч байдлаар тусгагдаагүй тодорхой чиглэлтэй гэж хэлдэг. Байгаль дахь бүх макроскоп үйл явц зөвхөн нэг тодорхой чиглэлд явагддаг. Тэд эсрэг чиглэлд аяндаа урсаж чадахгүй. Байгаль дахь бүх үйл явц нь эргэлт буцалтгүй бөгөөд тэдгээрийн хамгийн эмгэнэлтэй нь организмын хөгшрөлт, үхэл юм.
Эргэшгүй үйл явцын тухай ойлголтын нарийн томъёолол. Үйл явцын эргэлт буцалтгүй байдлын мөн чанарыг зөв ойлгохын тулд дараахь зүйлийг тодруулах шаардлагатай. эргэлт буцалтгүйЭдгээр нь зөвхөн нэг тодорхой чиглэлд аяндаа тохиолдож болох процессууд юм; тэдгээр нь зөвхөн гадны нөлөөгөөр эсрэг чиглэлд урсаж болно. Тиймээс та дүүжин савлуурыг гараараа түлхэж дахин нэмэгдүүлэх боломжтой. Гэхдээ энэ өсөлт нь өөрөө тохиолддоггүй, харин гарны хөдөлгөөнтэй холбоотой илүү төвөгтэй үйл явцын үр дүнд боломжтой болдог.
Математикийн хувьд механик үйл явцын эргэлт буцалтгүй байдлыг макроскопийн биетүүдийн хөдөлгөөний тэгшитгэл нь цаг хугацааны тэмдгийн өөрчлөлтөөр өөрчлөгддөгт илэрхийлэгддэг. Ийм тохиолдолд тэдний хэлснээр тэдгээр нь өөрчлөлтийн үед өөрчлөгддөггүй t→-t. Солих үед хурдатгал тэмдэг өөрчлөгдөхгүй t→-t. Зайнаас хамаарах хүч нь мөн тэмдгийг өөрчилдөггүй. Орлуулах тэмдэг тдээр -тхурдаар өөрчлөгддөг. Тийм ч учраас хурдаас хамаарах үрэлтийн хүчээр ажил гүйцэтгэх үед биеийн кинетик энерги эргэлт буцалтгүй дотоод энерги болж хувирдаг.
Кино бол эсрэгээрээ.Байгалийн үзэгдлийн эргэлт буцалтгүй байдлын гайхалтай жишээ бол эсрэгээрээ кино үзэх явдал юм. Жишээлбэл, ус руу үсрэх нь иймэрхүү харагдах болно. Усан сан дахь тайван ус буцалгаж эхэлдэг, хөл гарч ирдэг, хурдан дээшээ хөдөлж, дараа нь бүх шумбагч. Усны гадаргуу хурдан тайвширдаг. Аажмаар шумбагчийн хурд буурч, одоо тэр цамхаг дээр тайван зогсож байна. Хэрэв процессуудыг эргүүлж чадвал дэлгэцэн дээр бидний харж байгаа зүйл бодит байдал дээр тохиолдож болно.
Дэлгэц дээр болж буй үйл явдлын утгагүй байдал нь бид үйл явцын тодорхой чиглэлд дассан бөгөөд тэдгээрийн урвуу урсгалын боломжгүй гэдэгт эргэлздэггүйгээс үүдэлтэй. Гэхдээ шумбагчийг уснаас цамхаг руу өргөх гэх мэт үйл явц нь эрчим хүч хэмнэх хууль, механикийн хууль, эсвэл бусад хуультай огт зөрчилддөггүй. термодинамикийн хоёр дахь хууль.
Термодинамикийн хоёр дахь хууль.Термодинамикийн хоёр дахь хууль нь эрчим хүчний боломжит хувиргалтын чиглэлийг, өөрөөр хэлбэл үйл явцын чиглэлийг зааж, улмаар байгаль дахь үйл явцын эргэлт буцалтгүй байдлыг илэрхийлдэг. Туршилтын баримтуудыг шууд нэгтгэн дүгнэснээр энэ хуулийг бий болгосон.
Хоёрдахь хуулийн хэд хэдэн томъёолол байдаг бөгөөд тэдгээр нь гадаад ялгааг үл харгалзан үндсэндээ ижил зүйлийг илэрхийлдэг тул ижил төстэй байдаг.
Германы эрдэмтэн Р.Клаузиус (1822-1888) энэ хуулийг дараах байдлаар томъёолжээ. Хоёр систем болон хүрээлэн буй биетүүдэд нэгэн зэрэг өөрчлөлт ороогүй тохиолдолд дулааныг хүйтэн системээс халуун руу шилжүүлэх боломжгүй юм.
Дулаан дамжуулалтын тодорхой чиглэлийн туршилтын баримтыг энд дурдав: дулаан нь үргэлж халуун биеэс хүйтэн бие рүү шилждэг. Хөргөлтийн төхөөрөмжид дулаан дамжуулалт нь хүйтэн биеэс дулаан руу явагддаг нь үнэн боловч энэ дамжуулалт нь хүрээлэн буй орчны бусад өөрчлөлтүүдтэй холбоотой байдаг: хөргөлтийг ажлын үр дүнд бий болгодог.
Энэ хуулийн ач холбогдол нь эндээс зөвхөн дулаан дамжуулах үйл явц төдийгүй байгаль дахь бусад үйл явцын эргэлт буцалтгүй байдлын талаар дүгнэлт хийж болно. Хэрэв зарим тохиолдолд дулааныг хүйтэн биеэс халуун бие рүү аяндаа шилжүүлж чадвал бусад процессуудыг буцаах боломжтой болгоно.
Бүх үйл явц аяндаа нэг тодорхой чиглэлд явагддаг. Тэд эргэлт буцалтгүй байдаг. Дулаан нь үргэлж халуун биеэс хүйтэн бие рүү, макроскоп биетүүдийн механик энерги нь дотоод энерги рүү шилждэг.
Байгаль дахь үйл явцын чиглэлийг термодинамикийн хоёр дахь хуулиар заадаг.

Дүгнэлт

Дээр дурдсан бүх зүйлийг нэгтгэн дүгнэхийн тулд рационал шинжлэх ухаан дэлхий дээр байгаа тогтолцооны зохион байгуулалтын нарийн төвөгтэй байдлыг улам бүр гүнзгийрүүлэхийн хэрээр урьд өмнө хүлээн зөвшөөрөгдсөн редукционист үзэл баримтлал хангалтгүй байгааг улам бүр ухамсарлаж байгааг бид тэмдэглэж байна. Нарийн төвөгтэй системийн бүтэц, үйл ажиллагааг тодорхойлсон мэдээллийн эх сурвалжийг хайх нь шинжлэх ухааныг телеологийн үзэл баримтлалыг бий болгох хэрэгцээ, өөрөөр хэлбэл тодорхой зохион байгуулалтын зарчмыг хүлээн зөвшөөрөхөд хүргэдэг бөгөөд энэ нь хүмүүсийн хүсэл зоригийн илрэлээс өөр юу ч биш юм. Бүтээгч.

Биологийн систем дэх чөлөөт энергийн гол нөөц бол нарийн төвөгтэй молекулын цогцолборуудын электрон өдөөгдсөн төлөв юм. Биосфер дахь электронуудын эргэлтийн улмаас эдгээр төлөвүүд тасралтгүй хадгалагддаг бөгөөд тэдгээрийн эх үүсвэр нь нарны эрчим хүч, гол "ажиллах бодис" нь ус юм. Зарим төлөвийг биеийн одоогийн эрчим хүчний нөөцийг хангахад зарцуулдаг бол зарим нь насосны импульсийг шингээсний дараа лазерд тохиолддог шиг ирээдүйд хадгалагдах боломжтой.

Лавлагаа

1. А.Н. Матвеев, "Молекулын физик"

2. Их физик нэвтэрхий толь

3. Канке В.А. “Шинжлэх ухааны философийн үндсэн чиглэл, үзэл баримтлал. 20-р зууны үр дүн." - М.: Логос, 2000.

4. Лешкевич Т.Г. “Шинжлэх ухааны философи: Уламжлал ба инноваци” М.: PRIOR, 2001 “Философи” дор. ed. Кохановский В.П. Ростов-н/Д.: Финикс, 2000 он

5. О.Наумов, "Монолог" сонин 2000, N4

6. Г.Хакен, “Мэдээлэл ба өөрөө зохион байгуулалт”.

1. 1. Байгаль дахь үйл явцын эргэлт буцалтгүй байдал Гүйцэтгэсэн: 10 “Б” ангийн сурагч Андронова Анна
2. 2. Бүх ижил завсрын төлөвүүдээр эсрэг чиглэлд явагдах боломжгүй процессыг эргэлт буцалтгүй гэнэ.
3. 3. Эрчим хүч хадгалагдах хууль нь туршилтаар явагддаггүй процессуудыг хориглодоггүй: - илүү халуун биеийг хүйтэн биетэй халаах; - тайван байдлаас савлуур аяндаа савлах; - элсийг чулуунд цуглуулах, гэх мэт байгаль дахь үйл явц нь тодорхой чиглэлтэй байдаг. Тэд эсрэг чиглэлд аяндаа урсаж чадахгүй. Байгаль дахь бүх үйл явц эргэлт буцалтгүй байдаг.
4. 4. Эргэшгүй үйл явцын жишээ Тархалтын үед концентрацийн тэнцвэржилт аяндаа явагдана. Урвуу үйл явц өөрөө хэзээ ч тохиолдохгүй: жишээлбэл, хийн хольц нь түүний бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд аяндаа хуваагдахгүй. Дулаан дамжуулалт Уян хатан бус нөлөөлөл эсвэл үрэлтийн үед механик энергийг дотоод энерги болгон хувиргах үйл явц нь мөн эргэлт буцалтгүй байдаг.
5. 5. Өөр нэг жишээ татъя: Тэнцвэрийн байрлалаас гарсан дүүжингийн хэлбэлзэл нь үрэлтийн хүчний ажлын нөлөөгөөр дүүжингийн механик энерги буурч, дүүжин ба хүрээлэн буй агаарын температур (тиймээс тэдгээрийн дотоод энерги) багасдаг. ) бага зэрэг нэмэгддэг. Дүүжин өөрөө болон хүрээлэн буй орчны хөргөлтөөс болж савлуурын хэлбэлзлийн далайц ихсэх үед урвуу үйл явц нь эрчим хүчний хувьд хүлээн зөвшөөрөгддөг. Гэхдээ ийм үйл явц хэзээ ч ажиглагддаггүй. Механик энерги нь аяндаа дотоод энерги болж хувирдаг боловч эсрэгээрээ биш юм. Энэ тохиолдолд бүхэл бүтэн биеийн эмх цэгцтэй хөдөлгөөний энерги нь түүнийг бүрдүүлдэг молекулуудын эмх замбараагүй дулааны хөдөлгөөний энерги болж хувирдаг.
6. 6. “Цаг хугацааны сум” ба байгалийн шинжлэх ухааны эргэлт буцалтгүй байдлын асуудал. сонгодог физикБайгаль дахь бодит үйл явцын эргэлт буцалтгүй байдлын асуудал удаан хугацааны туршид байсаар ирсэн: энэ нь савлуурын уналт, одны хувьсал юм. хүний ​​амьдрал. Байгаль дахь үйл явцын эргэлт буцалтгүй байдал нь өнгөрсөн үеэс ирээдүй хүртэлх цаг хугацааны тэнхлэгийн чиглэлийг тодорхойлдог. Английн физикч, одон орон судлаач А.Эддингтон цаг хугацааны энэ шинж чанарыг "цаг хугацааны сум" гэж дүрсэлсэн байдаг.
7. 7. Термодинамикийн хоёр дахь хууль нь боломжит энергийн хувирлын чиглэлийг зааж, үүгээрээ байгаль дахь үйл явцын эргэлт буцалтгүй байдлыг илэрхийлдэг. Энэ нь туршилтын баримтуудыг шууд нэгтгэн дүгнэх замаар тогтоогдсон.
8. 8.  Р.Клаузиусын томъёолол: Хоёр систем болон хүрээлэн буй биетүүдэд нэгэн зэрэг өөрчлөлт ороогүй нөхцөлд дулааныг хүйтэн системээс халуун руу шилжүүлэх боломжгүй. В.Келвины томъёолол: ийм үе үе хийх боломжгүй. үйл явц бөгөөд үүний цорын ганц үр дүн нь нэг эх үүсвэрээс авсан дулааны улмаас ажил үйлдвэрлэх болно.
9. 9. Клаузиус Рудольф (1822 -1888) Клаузиус дулааны молекул кинетик онолын салбарт суурь ажилд хувь нэмэр оруулсан. Клаусиусын ажил нь статистикийн аргуудыг физикт нэвтрүүлэхэд хувь нэмэр оруулсан. Клаузиус электролизийн онолд чухал хувь нэмэр оруулсан тэрээр Жоуль-Ленцийн хуулийг онолын хувьд нотолж, диэлектрикийн туйлшралын онолыг боловсруулж, түүний үндсэн дээр диэлектрик тогтмол ба туйлшралын хоорондын хамаарлыг тогтоожээ.
10. 10. В.Келвин (1824-1907) Уильям Келвин бол физикийн олон онолын бүтээлийн зохиогч, үзэгдлийг судалсан. цахилгаан гүйдэл, динамик геологи. Жеймс Жоултай хамт Келвин хийг хөргөх туршилт хийж, бодит хийн онолыг томьёолжээ. Абсолют термодинамик температурын хуваарь нь түүний нэрийг хүлээн авсан.
11. 11. Байгаль дахь үйл явцын эргэлт буцалтгүй байдлын асуудал Үндсэндээ макросистем дэх бүх процессууд эргэлт буцалтгүй байдаг. Үндсэн асуулт гарч ирнэ: эргэлт буцалтгүй байдлын шалтгаан юу вэ? Хэрэв та механикийн бүх хуулиудыг цаг хугацааны явцад буцаах боломжтой гэж үзвэл энэ нь ялангуяа хачирхалтай харагдаж байна. Гэсэн хэдий ч, жишээлбэл, эвдэрсэн ваар аяндаа гарч ирэхийг хэн ч хараагүй бөгөөд хэрэв үүнийг эхлээд хальсанд буулгаж, эсрэг чиглэлд ажиглаж болно, гэхдээ хоёр дахь нь тогтоосон хориг термодинамикийн хууль бас учир битүүлэг болж .Үүний шийдэл нарийн төвөгтэй асуудалЭнэ нь шинэ термодинамик хэмжигдэхүүн болох энтропийг нээж, түүний физик утгыг илчилсэнтэй хамт ирсэн.
12. 12. Энтропи нь олон элементээс бүрдсэн системийн эмх замбараагүй байдлын хэмжүүр юм. Ялангуяа статистик физикийн хувьд энэ нь макроскопийн аливаа төлөв байдал үүсэх магадлалын хэмжүүр юм.
13. 13. Эргэшгүй үйл явцын бодит байдал Байн байн ажиглагддаг олон процессууд эргэлт буцалтгүй байдаг: чулууг ус руу шидэхийг оролдоорой - та үргэлж төвлөрсөн тойрог-долгионууд усанд мөргөсөн газраас салж, хэзээ ч энэ газар нийлэхгүй байхыг харах болно. Химийн хувьд эргэлт буцалтгүй үйл явцын жишээ нь энтропи нэмэгдэхэд үргэлж тохиолддог урвалууд юм. Биологийн хувьд амьдрал үргэлж төрөхөөс эхэлж, залуу нас, төлөвшил, хөгшрөлтөөр үргэлжилж, үхлээр дуусдаг бөгөөд зөвхөн амьд организмын урвуу хөгжил хэзээ ч байдаггүй. тохиолддог, гэхдээ одон орон судлалд эдгээр нь аажмаар бүдгэрч эсвэл таталцлын нуралтад өртдөг одууд юм.
14. 14. Анхаарал тавьсанд баярлалаа!

• Термодинамикийн хоёрдахь хууль нь байгаль дахь үйл явцын эргэлт буцалтгүй байдлын баримтыг заасан боловч түүнд ямар ч тайлбар өгдөггүй. Энэ тайлбарыг зөвхөн молекул кинетик онолын үндсэн дээр олж авах боломжтой бөгөөд энэ нь энгийн зүйлээс хол юм.

Микропроцессын эргэлт буцалтгүй байдал ба макропроцессын эргэлт буцалтгүй байдлын хоорондын зөрчил

Макропроцессын эргэлт буцалтгүй байдал нь парадоксик харагдаж байна, учир нь бүх микро процессууд цаг хугацааны хувьд буцаагдах боломжтой байдаг. Сонгодог ба квант аль аль нь бие даасан бичил хэсгүүдийн хөдөлгөөний тэгшитгэлүүд нь хурдаас хамаарах үрэлтийн хүчийг агуулаагүй тул цаг хугацааны хувьд урвуу байдаг.

Үрэлт нь харилцан үйлчлэлийн макроскоп нөлөө юм том биетэйасар олон тооны хүрээлэн буй орчны молекулуудтай бөгөөд энэ хүчний харагдах байдал нь өөрөө тайлбар шаарддаг. Микро хэсгүүдийн харилцан үйлчлэлцэх хүч (ялангуяа цахилгаан соронзон хүч) нь цаг хугацааны хувьд урвуу байдаг. Цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийг тодорхойлсон Максвеллийн тэгшитгэл нь t-г -t-ээр солиход өөрчлөгдөхгүй.

Хэрэв та авбал хамгийн энгийн загвархий - уян харимхай бөмбөлгүүдийн цуглуулга, дараа нь хий бүхэлдээ тодорхой чиглэлтэй зан үйлийг харуулах болно. Жишээлбэл, хагас саванд шахагдсанаар энэ нь томорч, бүхэл бүтэн савыг эзэлж эхэлнэ. Дахиж хумихгүй. Бөмбөлөг молекул бүрийн хөдөлгөөний тэгшитгэл нь зөвхөн зайнаас хамаарах хүчийг агуулдаг бөгөөд молекулууд мөргөлдөх үед гарч ирдэг тул цаг хугацааны хувьд урвуу байдаг.

Тиймээс даалгавар бол эргэлт буцалтгүй байдлын гарал үүслийг тайлбарлахаас гадна микропроцессын эргэлт буцалтгүй байдлын баримтыг макропроцессын эргэлт буцалтгүй байдлын баримттай эвлэрүүлэх явдал юм.

Энэ асуудлыг шийдвэрлэх үндсэн зөв хандлагыг олж авсан гавьяа нь Больцманд хамаарна. Үнэн бол эргэлт буцалтгүй байдлын асуудлын зарим асуудал иж бүрэн шийдэгдээгүй байна.

Эргэшгүй байдлын өдөр тутмын жишээ

Өчүүхэн ч гэсэн Больцманы эргэлт буцалтгүй байдлын асуудлыг шийдэхтэй шууд холбоотой энгийн өдөр тутмын жишээг өгье.

Та даваа гаригт эхлэхээр шийдсэн гэж бодъё шинэ амьдрал. Үүний зайлшгүй нөхцөл нь ихэвчлэн тохиромжтой эсвэл хамгийн тохиромжтой дараалалд ойрхон байдаг ширээ. Та бүх эд зүйл, номыг хатуу тогтоосон газруудад байрлуулж, таны ширээн дээр "дэг журам" гэж нэрлэж болохуйц төлөв байдаг.

Цаг хугацаа өнгөрөхөд юу болох нь мэдэгдэж байна. Та объект, номыг хатуу тогтоосон газарт байрлуулахаа мартаж, ширээн дээр эмх замбараагүй байдал ноёрхоно. Яагаад ийм зүйл болж байгааг ойлгоход хэцүү биш юм. "Захиалга" төлөв нь зөвхөн нэг тодорхой объектын зохицуулалттай нийцдэг бөгөөд "эмх замбараагүй байдал" нь харьцуулашгүй их тоотой тохирч байна. Объектууд таны хүслээр хянагддаггүй дур зоргоороо байр сууриа эзэлмэгц ширээн дээр эмх замбараагүй байдал гарч ирэх бөгөөд энэ нь илүү их мэдрэгддэг. их тооширээн дээрх объектуудын хуваарилалт.

Зарчмын хувьд эдгээр нь макро процессын эргэлт буцалтгүй байдлыг тайлбарлахын тулд Больцманн дэвшүүлсэн санаанууд юм.

Микроскоп ба макроскопийн төлөв байдал

Юуны өмнө системийн макроскопийн төлөв ба түүний микроскопийн төлөвийг ялгах шаардлагатай.

Макроскопийн төлөв нь цөөн тооны термодинамик параметрүүд (даралт, эзэлхүүн, температур гэх мэт), түүнчлэн массын төвийн байрлал, массын төвийн хурд гэх мэт механик хэмжигдэхүүнүүдээр тодорхойлогддог. практик ач холбогдол бүхий төлөв байдлыг бүхэлд нь тодорхойлдог макроскоп хэмжигдэхүүнүүд.

Микроскопийн төлөв нь системийг (макроскоп бие) бүрдүүлдэг бүх бөөмсийн координат ба хурдыг (эсвэл момент) зааж өгөх замаар ерөнхий тохиолдолд тодорхойлогддог. Энэ бол макроскопийн биетүүдтэй үйл явцыг тайлбарлахад огт шаардагдахгүй системийн харьцуулшгүй илүү нарийвчилсан шинж чанар юм. Түүгээр ч барахгүй макро биетүүдийг бүрдүүлдэг маш олон тооны бөөмсийн улмаас бичил төлөвийн талаарх мэдлэг нь бараг боломжгүй юм.

Ширээн дээрх объектуудтай дээрх өдөр тутмын жишээн дээр бид микро болон макро төлөвийн тухай ойлголтуудыг танилцуулж болно. Микро төлөв нь объектуудын тодорхой нэг зохион байгуулалттай тохирч, макро төлөв нь нөхцөл байдлыг бүхэлд нь үнэлэхтэй тохирч байна: "дэг журам" эсвэл "эмх замбараагүй байдал".

Тодорхой макро төлөвийг асар олон тооны өөр өөр микро төлөвтүүд хэрэгжүүлэх боломжтой нь ойлгомжтой. Жишээлбэл, нэг молекул орон зайн өгөгдсөн цэгээс нөгөө цэг рүү шилжих эсвэл мөргөлдөөний үр дүнд хурд нь өөрчлөгдөх нь системийн микро төлөвийг өөрчилдөг боловч мэдээжийн хэрэг термодинамикийн параметрүүдийг өөрчлөхгүй. , тиймээс системийн макро төлөв.

Одоо өмнөх мэдэгдлүүд шиг тодорхой бус таамаглалыг танилцуулъя: хаалттай системийн бүх микроскопийн төлөвүүд адил магадлалтай; тэдгээрийн аль нь ч онцгой байр суурь эзэлдэггүй. Энэ таамаглал нь үнэндээ молекулуудын дулааны хөдөлгөөний эмх замбараагүй байдлын тухай таамаглалтай дүйцэхүйц юм.

Төрийн магадлал

Цаг хугацаа өнгөрөхөд микро төлөвүүд бие биенээ байнга сольж байдаг. Системийн тодорхой макроскопийн төлөвт байх хугацаа нь энэ төлөвийг ойлгож буй микро төлөвт Z 1-ийн тоотой пропорциональ байх нь ойлгомжтой. Хэрэв Z нь системийн микро төлөвийн нийт тоог илэрхийлж байвал W төлөвийн магадлалыг дараах байдлаар тодорхойлно.

Макроскопийн төлөвийн магадлал нь макро төлөвийг хэрэгжүүлж буй микро төлөвийн тоог боломжит микро төлөв байдлын нийт тоонд харьцуулсан харьцаатай тэнцүү байна.

Системийг хамгийн их магадлалтай төлөвт шилжүүлэх

Z 1 том байх тусам тухайн макро төлөвийн магадлал өндөр байх ба систем энэ төлөвт удаан байх болно. Тиймээс системийн хувьсал нь магадлал багатай төлөвөөс илүү магадлалтай төлөв рүү шилжих чиглэлд явагддаг. Энэ нь бие даасан бөөмсийн хөдөлгөөнийг зохицуулах хуулиудын эргэлт буцалтгүй байдлыг үл харгалзан макроскопийн үйл явцын урсгалын эргэлт буцалтгүй байдалтай холбоотой юм. Урвуу үйл явц нь боломжгүй зүйл биш, энэ нь магадлал багатай юм. Бүх микро төлөв ижил магадлалтай тул зарчмын хувьд цөөн тооны микро төлөвт бий болох макро төлөв үүсч болох боловч энэ нь маш ховор тохиолддог үзэгдэл юм. Хэрэв бид тэднийг хэзээ ч харахгүй бол гайхах хэрэггүй. Хамгийн их магадлалтай төлөв бол дулааны тэнцвэр юм. Энэ нь хамгийн олон тооны бичил төлөвтэй тохирч байна.

Яагаад гэдгийг ойлгоход амархан механик энергиаяндаа дотоод болж хувирдаг. Биеийн (эсвэл системийн) механик хөдөлгөөн нь биеийн бүх хэсгүүд ижил эсвэл ижил төстэй байдлаар хөдөлж байх дараалсан хөдөлгөөн юм. Эмх замбараагүй дулааны хөдөлгөөнтэй харьцуулахад эмх цэгцтэй хөдөлгөөн нь цөөн тооны бичил төлөвтэй тохирч байна. Тиймээс, захиалгатай байх магадлал багатай механик хөдөлгөөнЭнэ нь байгалийн санамсаргүй дулааны хөдөлгөөн болж хувирдаг бөгөөд энэ нь илүү олон тооны микро төлөвтүүдээр ойлгогддог.

Илүү тодорхойгүй зүйл бол халуун биеэс хүйтэн бие рүү дулаан дамжуулах үйл явц юм. Гэхдээ энд ч эргэлт буцалтгүй байдлын мөн чанар нэг юм.

Дулаан дамжуулалтын эхэн үед хоёр бүлэг молекулууд байдаг: халуун биед илүү дундаж кинетик энергитэй молекулууд, хүйтэнд дундаж кинетик энерги багатай молекулууд. Процессын төгсгөлд дулааны тэнцвэрт байдал бий болоход бүх молекулууд ижил дундаж кинетик энергитэй ижил бүлгийн молекулуудад харьяалагдах болно. Молекулуудыг хоёр бүлэгт хуваасан илүү эмх цэгцтэй төлөв байдал оршин тогтнохоо болино.

Тиймээс үйл явцын эргэлт буцалтгүй байдал нь тэнцвэрт бус макроскоп төлөв байх магадлал багатайтай холбоотой юм. Эдгээр төлөв байдал нь орчлон ертөнцийн хувьслын үр дүнд байгалийн жамаар үүсдэг, эсвэл хүн зохиомлоор бий болгодог. Жишээлбэл, бид дулааны хөдөлгүүрийн ажлын шингэнийг орчны температураас хэдэн зуун градусаар халаах замаар өндөр тэнцвэргүй байдлыг олж авдаг.

Дөрвөн молекулын "хийн" тэлэлт

Төрөл бүрийн төлөв байдлын магадлалыг тооцоолох боломжийг олгодог энгийн жишээг авч үзье, систем дэх бөөмсийн тоо ихсэх нь микро бөөмийн хөдөлгөөний хуулиудын урвуу байдлыг үл харгалзан процесс хэрхэн эргэлт буцалтгүй болж байгааг тодорхой харуулсан.

Дөрвөн молекулаас бүрдэх саванд "хий" байцгаая. Эхэндээ бүх молекулууд нь савны зүүн хагаст, баруун талаас нь хуваалтаар тусгаарлагдсан байдаг (Зураг 5.12, а). Бид хуваалтыг зайлуулж, "хий" нь томорч, бүхэл бүтэн савыг эзэлнэ. "Хий" дахин шахагдах, өөрөөр хэлбэл молекулууд савны хагаст дахин цугларах магадлал ямар байхыг харцгаая.

Цагаан будаа. 5.12

Бидний жишээн дээр макростат нь энд аль молекулууд байрлаж байгаагаас үл хамааран хөлөг онгоцны хагас дахь молекулуудын тоог зааж өгөх замаар тодорхойлогдоно. Бичил төлөвийг хөлөг онгоцны хагаст молекулуудын тархалтаар тодорхойлдог бөгөөд энэ нь савны өгөгдсөн хагасыг ямар молекулууд эзэлдэгийг заадаг. 1, 2, 3, 4 молекулуудыг дугаарлацгаая. 16 өөр микро төлөв байж болох бөгөөд бүгдийг нь Зураг 5.12, a - d-д үзүүлэв.

Бүх молекулууд савны хагаст (жишээлбэл, зүүн талд) хуримтлагдах магадлал нь тэнцүү байна.

өгөгдсөн макро төлөв нь нэг микро төлөвтэй тохирч байгаа тул (Зураг 5.12, a, b-ийг үз).

Молекулууд тэнцүү тархах магадлал 6 дахин их байна.

учир нь энэ макро төлөв нь зургаан микро төлөвт нийцдэг (Зураг 5.12, d-г үз).

Савны нэг хагаст (жишээлбэл, зүүн талд) гурван молекул (мөн нөгөө хэсэгт тус тус нэг молекул) байх магадлал тэнцүү байна (5.12, c, d-р зургийг үз).

Ихэнх тохиолдолд молекулууд нь хөлөг онгоцны хагасын хооронд тэнцүү хуваарилагдах болно: энэ бол хамгийн магадлалтай нөхцөл юм.

Гэхдээ ажиглалтын хангалттай урт хугацааны интервалын хувьд молекулууд хөлөг онгоцны хагасын аль нэгийг эзлэх болно. Тиймээс тэлэлтийн процесс нь буцах боломжтой бөгөөд харьцангуй богино хугацааны дараа "хий" дахин шахагдана.

Олон тооны молекул бүхий хийн тэлэлтийн эргэлт буцалтгүй байдал

Гэхдээ энэ урвуу байдал нь зөвхөн цөөн тооны молекулын үед л боломжтой юм. Хэрэв молекулуудын тоо асар их болбол үр дүн нь мэдэгдэхүйц өөрчлөгдөнө. Молекулуудын тоо дур зоргоороо байвал тэлэлтийн дараа савны хагаст молекулууд дахин цугларах үйл явдлын магадлалыг тооцоолъё.

Идеал хийн молекулууд бие биенээсээ үл хамааран хөдөлдөг. Нэг молекулын хувьд энэ нь савны зүүн хагаст орох магадлал нь тодорхой байна.

Нөгөө молекулд ч мөн адил магадлал хамаарна. Эдгээр үйл явдлууд нь бие даасан бөгөөд эхний болон хоёр дахь молекулууд савны зүүн хагаст хуримтлагдах магадлал нь магадлалын үржвэртэй тэнцүү байна. . Гурван молекулын хувьд савны нэг хагаст молекулыг олох магадлал тэнцүү, дөрвийн хувьд - . Энэ нь молекулуудын хөлөг онгоцонд тархсан байдлыг нарийвчлан судалсны үр дүнд бидний олж авсан магадлалын утга юм.

Гэхдээ хэрэв бид ердийн нөхцөлд (n = 3 10 19) 1 см 3 дахь хийн молекулуудын бодит тоог авбал 1 см 3 эзэлхүүнтэй савны хагаст молекулууд цугларах магадлал дараах байдалтай байна. бүрэн ач холбогдолгүй: .

Тиймээс зөвхөн макробие дэх олон тооны молекулуудаас болж байгаль дээрх үйл явц бараг эргэлт буцалтгүй болдог. Зарчмын хувьд урвуу үйл явц боломжтой боловч тэдгээрийн магадлал тэгтэй ойролцоо байна. Хатуухан хэлэхэд энэ үйл явц нь байгалийн хуультай зөрчилддөггүй бөгөөд үүний үр дүнд молекулуудын санамсаргүй хөдөлгөөнөөр тэд бүгд ангийн хагаст цугларч, нөгөө хагасын сурагчид амьсгал хураах болно. Гэвч бодит байдал дээр энэ үйл явдал урьд өмнө хэзээ ч тохиолдож байгаагүй, цаашид ч болохгүй. Ийм үйл явдлын магадлал нь Орчлон ертөнц оршин тогтнох бүх хугацаанд хэзээ ч тохиолдохгүй тул хэтэрхий бага юм одоогийн байдал- хэдэн тэрбум жил орчим.

Эдгээр тооцоогоор энэ магадлал нь бичгийн машины товчлуурыг эмх замбараагүй цохисон 20,000 сармагчин Лев Толстойн "Дайн ба энх" зохиолыг нэг ч алдаагүйгээр бичих магадлалтай ойролцоо дараалалтай байна. Зарчмын хувьд энэ нь боломжтой боловч бодит байдал дээр хэзээ ч болохгүй.

Цагийн сум

Бүх процессуудад үйл явц нь илүү эмх цэгцтэй байдлаас бага эмх цэгцтэй рүү шилжих сонгосон чиглэл байдаг. Системд хэдий чинээ эмх цэгцтэй байна, төдий чинээ түүнийг эмх замбараагүй байдлаас нь сэргээхэд хэцүү байдаг. Шилийг хагалах нь шинэ шил хийж, хүрээ рүү оруулахаас хамаагүй хялбар юм. Амьд амьтныг алах нь түүнийг амьдруулахаас хамаагүй амархан, хэрэв боломжтой бол. "Бурхан бяцхан алдаа бүтээсэн. Хэрэв та түүнийг дарвал тэр үхэх болно" гэж Америкийн биохимич Сент Дьерги "Биоэнергетик" номондоо бичсэн эпиграф юм.

Бидний хүлээн зөвшөөрсөн цаг хугацааны сонгосон чиглэл ("цаг хугацааны сум") нь дэлхий дээрх үйл явцын чиглэлтэй яг холбоотой байх нь ойлгомжтой.

Термодинамикийн хоёр дахь хуулийн хэрэглээний хязгаар

Макроскопийн системийн хувьд тэнцвэрт байдлаас тэнцвэргүй байдал руу шилжих урвуу үйл явцын магадлал маш бага байдаг. Гэхдээ цөөн тооны молекул агуулсан бага хэмжээний хувьд тэнцвэрт байдлаас хазайх магадлал мэдэгдэхүйц болдог. Тэнцвэрээс ийм санамсаргүй хазайлтыг хэлбэлзэл гэж нэрлэдэг. Энэ нь дэлхийн агаар мандалд гэрлийн тархалт, тэнгэрийн цэнхэр өнгийг тайлбарладаг гэрлийн долгионы уртын дарааллаар бүс нутагт хийн нягтын хэлбэлзэл юм. Бага хэмжээний даралтын хэлбэлзэл нь Брауны хөдөлгөөнийг тайлбарладаг.

Хэлбэлзлийн ажиглалт нь Больцманы бүтээсэн макро процессын эргэлт буцалтгүй байдлын статистик онолын зөв байдлын хамгийн чухал нотолгоо болдог. Термодинамикийн хоёр дахь хууль нь зөвхөн маш олон тооны бөөмс бүхий системүүдэд үнэн юм. Бага хэмжээгээр энэ хуулиас хазайх нь мэдэгдэхүйц болдог.

"Максвелийн чөтгөр"

Термодинамикийн хоёрдахь хуулийг зөрчиж болзошгүй сонирхолтой жишээг Максвелл зохион бүтээжээ. Ухаантай амьтан - "чөтгөр" нь ижил температур, даралттай хийтэй, А ба В гэсэн хоёр тасалгааг тусгаарладаг маш хөнгөн хавхлагыг хянадаг (Зураг 5.13). "Чөтгөр" нь дамперт ойртож буй молекулуудыг хянаж, зөвхөн В тасалгаанаас А хэсэг рүү шилжих хурдан молекулуудад зориулж нээгддэг. Үүний үр дүнд цаг хугацаа өнгөрөх тусам А тасалгааны хий халж, В тасалгааны хөргөдөг. Энэ тохиолдолд сааруулагч нь жингүй, термодинамикийн хоёр дахь хууль зөрчигдөж байгаа тул ямар ч ажил хийгдэхгүй.

Цагаан будаа. 5.13

Гэтэл бодит байдал дээр хоёр дахь хуулийг зөрчсөн асуудал байхгүй. Ажиллахын тулд "чөтгөр" нь дампер руу ойртож буй молекулуудын хурдны талаарх мэдээллийг авах ёстой. Эрчим хүч зарцуулахгүйгээр ийм мэдээлэл олж авах боломжгүй юм.

Ийм мэдээллийг олж авахын тулд жишээлбэл, цахилгаан соронзон цацрагийг молекулууд руу чиглүүлж, туссан дохиог хүлээн авах шаардлагатай.

Байгаль дахь үйл явцын эргэлт буцалтгүй байдал нь системүүдийн хамгийн их эмх замбараагүй байдалд тохирсон хамгийн магадлалтай төлөвт шилжих хүсэлтэй холбоотой юм.

Термодинамикийн хоёр дахь хууль нь байгаль дахь үйл явцын эргэлт буцалтгүй байдлын баримтыг илэрхийлдэг боловч үүнд ямар ч тайлбар өгдөггүй. Энэ тайлбарыг зөвхөн молекул кинетик онолын үндсэн дээр олж авах боломжтой бөгөөд энэ нь энгийн зүйлээс хол юм.

Микропроцессын эргэлт буцалтгүй байдал ба макропроцессын эргэлт буцалтгүй байдлын хоорондын зөрчил

Макропроцессын эргэлт буцалтгүй байдал нь парадоксик харагдаж байна, учир нь бүх микро процессууд цаг хугацааны хувьд буцаагдах боломжтой байдаг. Сонгодог ба квант аль аль нь бие даасан бичил хэсгүүдийн хөдөлгөөний тэгшитгэлүүд нь хурдаас хамаарах үрэлтийн хүчийг агуулаагүй тул цаг хугацааны хувьд урвуу байдаг. Үрэлтийн хүч нь хүрээлэн буй орчны асар олон тооны молекулуудтай том биетүүдийн харилцан үйлчлэлийн макроскопийн нөлөө бөгөөд энэ хүчний гадаад төрхийг өөрөө тайлбарлах шаардлагатай. Бичил хэсгүүдийн харилцан үйлчлэлцэх хүч (ялангуяа цахилгаан соронзон хүч) нь цаг хугацааны хувьд урвуу байдаг. Цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийг тодорхойлсон Максвеллийн тэгшитгэлийг солих үед өөрчлөгддөггүй т дээр - т.

Хэрэв бид хийн хамгийн энгийн загвар болох уян бөмбөлгүүдийн багцыг авбал хий бүхэлдээ тодорхой чиглэлтэй байх болно. Жишээлбэл, хагас саванд шахагдсанаар энэ нь томорч, бүхэл бүтэн савыг эзэлж эхэлнэ. Дахиж хумихгүй. Бөмбөлөг молекул бүрийн хөдөлгөөний тэгшитгэл нь зөвхөн зайнаас хамаарах хүчийг агуулдаг бөгөөд молекулууд мөргөлдөх үед гарч ирдэг тул цаг хугацааны хувьд урвуу байдаг.

Тиймээс даалгавар бол эргэлт буцалтгүй байдлын гарал үүслийг тайлбарлахаас гадна микропроцессын эргэлт буцалтгүй байдлын баримтыг макропроцессын эргэлт буцалтгүй байдлын баримттай эвлэрүүлэх явдал юм.

Энэ асуудлыг шийдвэрлэх үндсэн зөв хандлагыг олж авсан гавьяа нь Больцманд хамаарна. Үнэн бол эргэлт буцалтгүй байдлын асуудлын зарим асуудал иж бүрэн шийдэгдээгүй байна.

Эргэшгүй байдлын өдөр тутмын жишээ

Өчүүхэн ч гэсэн Больцманы эргэлт буцалтгүй байдлын асуудлыг шийдэхтэй шууд холбоотой энгийн өдөр тутмын жишээг өгье.

Даваа гаригт та шинэ амьдрал эхлүүлэхээр шийдсэн гэж бодъё. Үүний зайлшгүй нөхцөл нь ихэвчлэн хамгийн тохиромжтой эсвэл ширээн дээрх хамгийн тохиромжтой дараалал юм. Та бүх эд зүйл, номыг хатуу тогтоосон газруудад байрлуулж, таны ширээн дээр "дэг журам" гэж нэрлэж болохуйц төлөв байдаг.

Цаг хугацаа өнгөрөхөд юу болох нь мэдэгдэж байна. Та объект, номыг хатуу тогтоосон газарт байрлуулахаа мартаж, ширээн дээр эмх замбараагүй байдал ноёрхоно. Яагаад ийм зүйл болж байгааг ойлгоход хэцүү биш юм. "Захиалга" төлөв нь зөвхөн нэг тодорхой объектын зохицуулалттай нийцдэг бөгөөд "эмх замбараагүй байдал" нь харьцуулашгүй их тоотой тохирч байна. Объектууд таны хүслээр хянагддаггүй дур зоргоороо байр сууриа эзэлж эхэлмэгц ширээн дээр илүү олон тооны хуваарилалтаар тодорхойлогддог эмх замбараагүй байдал нь ширээн дээр гарч ирдэг.

Зарчмын хувьд эдгээр нь макро процессын эргэлт буцалтгүй байдлыг тайлбарлахын тулд Больцманн дэвшүүлсэн санаанууд юм.

Микроскоп ба макроскопийн төлөв байдал

Юуны өмнө системийн макроскопийн төлөв ба түүний микроскопийн төлөвийг ялгах шаардлагатай.

Макроскопийн төлөв нь цөөн тооны термодинамик параметрүүд (даралт, эзэлхүүн, температур гэх мэт), түүнчлэн массын төвийн байрлал, массын төвийн хурд гэх мэт механик хэмжигдэхүүнүүдээр тодорхойлогддог. практик ач холбогдол бүхий төлөв байдлыг бүхэлд нь тодорхойлдог макроскоп хэмжигдэхүүнүүд.

Микроскопийн төлөв нь системийг (макроскоп бие) бүрдүүлдэг бүх бөөмсийн координат ба хурдыг (эсвэл момент) зааж өгөх замаар ерөнхий тохиолдолд тодорхойлогддог. Энэ бол макроскопийн биетүүдтэй үйл явцыг тайлбарлахад огт шаардагдахгүй системийн харьцуулшгүй илүү нарийвчилсан шинж чанар юм. Түүгээр ч барахгүй макро биетүүдийг бүрдүүлдэг маш олон тооны бөөмсийн улмаас бичил төлөвийн талаарх мэдлэг бараг боломжгүй юм.

Ширээн дээрх объектуудтай дээрх өдөр тутмын жишээн дээр бид бичил болон макро төлөвийн тухай ойлголтуудыг танилцуулж болно. Микро төлөв нь объектуудын тодорхой нэг зохион байгуулалттай тохирч, макро төлөв нь нөхцөл байдлыг бүхэлд нь үнэлэхтэй тохирч байна: "дэг журам" эсвэл "эмх замбараагүй байдал".

Энэ нь маш тодорхой юм тодорхой макро төлөвийг асар олон тооны өөр өөр микро төлөвтүүд хэрэгжүүлэх боломжтой.Жишээлбэл, нэг молекул орон зайн өгөгдсөн цэгээс нөгөө цэг рүү шилжих эсвэл мөргөлдөөний үр дүнд хурд нь өөрчлөгдөх нь системийн микро төлөвийг өөрчилдөг боловч мэдээжийн хэрэг термодинамикийн параметрүүдийг өөрчлөхгүй. , тиймээс системийн макро төлөв.

Одоо өмнөх мэдэгдлүүд шиг тодорхой бус таамаглалыг танилцуулъя: хаалттай системийн бүх микроскопийн төлөв адил магадлалтай; тэдгээрийн аль нь ч онцгой байр суурь эзэлдэггүй.Энэ таамаглал нь үнэндээ молекулуудын дулааны хөдөлгөөний эмх замбараагүй байдлын тухай таамаглалтай дүйцэхүйц юм.