Энтропия: от порядка к хаосу
Блохин М.А.,Миниханова Д.А.
Руковоитель:Н.В.Зубовак.п.н,зав. кафедрой ФМД,
Е.Г. Суровцова ст. преподаватель кафедры ФМД
ТТИ НИЯУ МИФИ, Трёхгорный
blohin-misha@mail.ru
В данной статье рассматривается понятие энтропии. Представлен второй закон термодинамики, понятие энтропии с точки зренияфизики. Проведён опыт по исследованию энтропии твердого тела при плавлении и нагревании. Рассмотрена энтропия вселенной с момента её становления до сегодняшнего дня.
Ключевые слова: энтропия,экология,физика,физическаявкличина,вселенная.
Entropy: from order to chaos
BlokhinM.A,Minihanova D.A.
TTI NRNU MEPHI, Trekhgorny
blohin-misha@mail.ru
This article discusses the concept of entropy. The second law of thermodynamics, the concept of entropy from the point of view of physics, is presented. An experiment was carried out to study the entropy of a solid during melting and heating. The entropy of the universe from the moment of its formation to the present day is considered.
Keywords: entropy, ecology, physics, physical dimension, universe.
Понятие энтропия
Энтропия– это одно из самых сложных для понимания понятий, с которым вы можете встретиться в курсе физики. Она характеризует степень вариативности микросостояния объекта, чем выше энтропия, тем в большем числе существенно различных микросостояний может находиться объект, при данном микросостоянии.Например, если вы спросите меня, где я живу, и я отвечу: в России, то моя энтропия для вас будет высока, всё-таки Россия большая страна. Если же я назову вам свой почтовый индекс, то моя энтропия для вас понизится, поскольку вы получите больше информации. Попробуем разобраться, что же такое энтропия с точки зрения физики.
Второй закон термодинамики
Естественные процессы всегда направлены в сторону достижения системой равновесного состояния.
Второе начало термодинамики – физический принцип, накладывающий ограничение на направление процессов передачи тепла между телами. Он гласит, что невозможен самопроизвольный переход тепла от тела, менее нагретого, к телу, более нагретому.
Существуют формулировки:
– передача теплоты от холодного источника к горячему невозможна без затраты работы;
– невозможно построить периодически действующую машину, совершающую работу и соответственно охлаждающую тепловой резервуар;
–природа стремится к переходу от менее вероятных состояний к более вероятным.
В наиболее общем виде второй закон термодинамики может быть сформулирован следующим образом: любой реальный самопроизвольный процесс является необратимым. Все прочие формулировки второго закона являются частными случаями наиболее общей формулировки: невозможен процесс, при котором теплота переходила бы самопроизвольно от тел более холодных к телам более теплым.
Понятие энтропии с точки зрения физики
Несоответствие между превращением теплоты в работу и работы в теплоту приводит к односторонней направленности реальных процессов в природе, что и отражает физический смысл второго начала термодинамики в законе о существовании и возрастании в реальных процессах некой функции, названной энтропией, определяющей меру обесценения энергии.
Часто второе начало термодинамики преподносится как объединенный принцип существования и возрастания энтропии.
Экспериментальная часть
В ходе изучения данной темы мы провели эксперимент. Для определения изменения энтропии при нагревании и плавлении твердого тела предназначена экспериментальная установка ФПТ 1-11.
Провели экспериментальный опыт, записали данные и выполнив расчеты получили следующие значения. В ходе выполнения лабораторной работы изучаются процессы нагрева твердого тела, его плавления, охлаждения жидкого олова, его кристаллизация и охлаждение твердого тела. Для первых двух процессов определяется изменение энтропии.Для определения изменения энтропии необходимо опытным путем найти значение удельной теплоемкости в процессе нагрева твердого олова и значение удельной теплоты плавления – в процессе его плавления.
Вселенная с момента ее становления до сегодняшнего дня
Если представить себе очень раннюю Вселенную, она действительно выглядит как состояние с очень высокой энтропией! Представьте себе: море частиц, включая материю, антиматерию, всё это с жужжанием носится туда и сюда на уровне энергий в миллиарды раз выше, чем сегодня.Наша Вселенная, от Большого взрыва и до сегодняшнего дня, прошла огромные изменения в ходе роста и эволюции, и продолжает меняться и сегодня.Очевидно, что сегодня Вселенная гораздо холоднее, крупнее, полна структур и неоднородна. Но на самом деле мы можем количественно оценить энтропию Вселенной в оба момента времени, в Оба числа кажутся большими, но первое по сравнению со вторым очевидно меньшее.Угроза тепловой смерти Вселенной была высказана в середине ХIХ в. Томсоном и Клаузиусом, когда был сформулирован законвозрастания энтропии в необратимых процессах.согласно второму началу все физические процессы протекают в направлении передачи тепла от более горячих тел к менее горячим, а это означает, что медленно, но верно идет процесс выравнивания температуры во Вселенной.. Вывод Клаузиуса был следующим:
1. Энергия мира постоянна
2. Энтропия мира стремится к максимуму.
Таким образом, тепловая смерть Вселенной означает полное прекращение всех физических процессов вследствие перехода Вселенной в равновесное состояние с максимальной энтропией.Современное состояние науки не согласуется с предположением о тепловой смерти Вселенной.
Заключение
Применяемый в современной литературе термин «энтропия» не однозначен. В действительности имеется несколько понятий, скрывающимися за однородным термином, применение одного и того же термина к различным физическим и не физическим величинам вносит путаницу в понимание смысла термина «энтропия»;
В термодинамике широко используется термин «энтропия» введенный Клаузиусом;
Второй закон термодинамики отчасти невозможно применить к Вселенной. Мы не можем сказать, что наша планета является целиком и полностью замкнутой системой.
Библиографический список
1.Базаров И.П. Термодинамика. Изд. 4-е. – М.: Высшая школа, 1991.
2.Губбыева З.О. Современная научная картина мира [Электронный ресурс]: https://www.tspu.tula.ru/res/other/kse/lec3.html
3.Денбиг К. Введение в термодинамику необратимых процессов. – М.: Изд.-во иностр. лит. 1960.
4.Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса: новый диалог человека с природой. – М.: Прогресс, 1986.
5.Шамбадаль П. Развитие и приложения понятия энтропии. – М.: Наука, 1967.
6.Эткин В.А. Многоликая энтропия [Электронный ресурс]: https://zhurnal.lib.ru/e/etkin_w_a/mnogolikayaentropyja.shtml