Гипермаркет знаний>>Физика и астрономия>>Физика 10 класс>>Физика: Необратимость процессов в природе

   Закон сохранения энергии утверждает, что количество энергии при любых ее превращениях остается неизменным. Между тем многие процессы, вполне допустимые с точки зрения закона сохранения энергии, никогда не протекают в действительности.
   Примеры необратимых процессов. Нагретые тела постепенно остывают, передавая свою энергию более холодным окружающим телам. Обратный процесс передачи теплоты от холодного тела к горячему не противоречит закону сохранения энергии, если количество теплоты, отданное холодным телом, равно количеству теплоты, полученному горячим, но такой процесс самопроизвольно никогда не происходит.
   Другой пример. Колебания маятника, выведенного из положения равновесия, затухают (рис.13.9; 1, 2, 3, 4 - последовательные положения маятника при максималь¬ных отклонениях от положения равновесия). За счет рабо¬ты сил трения механическая энергия маятника убывает, а температура маятника и окружающего воздуха (а зна¬чит, и их внутренняя энергия) слегка повышается. Энерге¬тически допустим и обратный процесс, когда амплитуда колебаний маятника увеличивается за счет охлаждения самого маятника и окружающей среды. Но такой процесс никогда не наблюдается. Механическая энергия самопро¬извольно переходит во внутреннюю, но не наоборот. При этом энергия упорядоченного движения тела как целого превращается в энергию неупорядоченного теплового дви¬жения слагающих его молекул.

   Общее заключение о необратимости процессов в при¬роде. Переход тепла от горячего тела к холодному и ме¬ханической энергии во внутреннюю - это примеры наибо¬лее типичных необратимых процессов. Число подобных примеров можно увеличивать практически неограниченно. Все они говорят о том, что процессы в природе имеют определенную направленность, ни¬как не отраженную в первом законе термодинамики. Все макроскопические процессы в природе протека¬ют только в одном определенном направлении. В обратном направле¬нии они самопроизвольно протекать не могут. Все процессы в природе необратимы, и самые трагические из них - старение и смерть орга¬низмов.
Точная формулировка понятия необратимого  процесса.  Для  правильного понимания существа необратимости процессов необходимо сделать следующее уточнение: необратимыми называются такие процессы, которые могут самопроиз¬вольно протекать лишь в одном определенном направле¬нии; в обратном направлении они могут протекать только при внешнем воздействии. Так, можно вновь увеличить размах колебаний маятника, подтолкнув его рукой. Но это увеличение возникает не само собой, а становится возмож¬ным в результате более сложного процесса, включающего движение руки.
Математически необратимость механических процессов выражается в том, что уравнения движения макроскопи¬ческих тел изменяются с изменением знака времени. Они, как говорят в таких случаях, не инвариантны при преоб¬разовании *****. Ускорение не меняет знака при замене    *****. Силы, зависящие от расстояний, также не изменя¬ют знака. Знак при замене ****** на ***** меняется у скорости. Именно поэтому при совершении работы силами трения, зависящими от скорости, кинетическая энергия тела необ¬ратимо переходит во внутреннюю.
Кино «наоборот». Яркой иллюстрацией необратимости явлений в природе служит просмотр кинофильма в обрат¬ном направлении. Например, прыжок в воду будет при этом выглядеть следующим образом. Спокойная вода в бассейне начинает бурлить, появляются ноги, стремитель¬но движущиеся вверх, а затем и весь ныряльщик. Поверх¬ность воды быстро успокаивается. Постепенно скорость ныряльщика уменьшается, и вот уже он спокойно стоит на вышке. То, что мы видим на экране, могло бы происхо¬дить в действительности, если бы процессы можно было обратить.
Нелепость происходящего на экране проистекает из того, что мы привыкли к определенной направленности процессов и не сомневаемся в невозможности их обратного течения. А ведь такой процесс, как вознесение ныряльщи¬ка на вышку из воды, не противоречит ни закону сохране¬ния энергии, ни законам механики, ни вообще каким-ли¬бо законам, кроме второго закона термодинамики.
Второй закон термодинамики. Второй закон термоди¬намики указывает направление возможных энергетиче¬ских превращений, т. е. направление процессов, и тем са¬мым выражает необратимость процессов в природе. Этот закон был установлен путем непосредственного обобщения опытных фактов.
Есть несколько формулировок второго закона, которые, несмотря на внешнее различие, выражают, в сущности, одно и то же и поэтому равноценны.
Немецкий ученый Р. Клаузиус (1822-1888) сфор¬мулировал этот закон так: невозможно перевести тепло от более холодной системы к более горячей при отсутствии других одновременных изменений в обеих системах или в окружающих телах.
Здесь констатируется опытный факт определенной на¬правленности теплопередачи: тепло само собой переходит всегда от горячих тел к холодным. Правда, в холодильных установках осуществляется теплопередача от холодного тела к более теплому, но эта передача связана с другими изменениями в окружающих телах: охлаждение достига¬ется за счет работы.
Важность этого закона в том, что из него можно вы¬вести заключение о необратимости не только процесса теп¬лопередачи, но и других процессов в природе. Если бы тепло в каких-либо случаях могло самопроизвольно пере¬даваться от холодных тел к горячим, то это позволило бы сделать обратимыми и другие процессы.
Все процессы самопроизвольно протекают в одном определенном направлении. Они необратимы. Тепло все¬гда переходит от горячего тела к холодному, а механиче¬ская энергия макроскопических тел - во внутреннюю.
Направление процессов в природе указывается вторым законом термодинамики.


???
1. Какие процессы называются необратимыми? Назовите наибо¬лее типичные необратимые процессы.
2. Как формулируется второй закон термодинамики?
3. Если бы реки потекли вспять, означало бы это, что нарушается закон сохранения энергии?

Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский, Физика 10 класс

_{Материалы по физике, задание и ответы по классам, планы конспектов уроков по физике для 10 класса}

Содержание урока
 конспект урока                       
 опорный каркас  
 презентация урока
 акселеративные методы 
 интерактивные технологии 

Практика
 задачи и упражнения 
 самопроверка
 практикумы, тренинги, кейсы, квесты
 домашние задания
 дискуссионные вопросы
 риторические вопросы от учеников
 
Иллюстрации
 аудио-, видеоклипы и мультимедиа 
 фотографии, картинки 
 графики, таблицы, схемы
 юмор, анекдоты, приколы, комиксы
 притчи, поговорки, кроссворды, цитаты

Дополнения
 рефераты
 статьи 
 фишки для любознательных 
 шпаргалки 
 учебники основные и дополнительные
 словарь терминов                          
 прочие 

Совершенствование учебников и уроков
 исправление ошибок в учебнике
 обновление фрагмента в учебнике 
 элементы новаторства на уроке 
 замена устаревших знаний новыми 
 
Только для учителей
 идеальные уроки 
 календарный план на год  
 методические рекомендации  
 программы
 обсуждения


Интегрированные уроки

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.