Закон сохранения энергии

В макроскопических процессах.

Способы передачи энергии от одного

Макроскопического тепа другому

XIX в. ознаменовался открытием одного из самых великих принципов современной науки, приведшему 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. Энергия — единая мера различных форм движения материи.

На протяжении более четырех десятилетий формировался этот принцип в науке. Следует отметить, что процесс ус­тановления закона сохранения и превращения энергии — это одновременно процесс формирования таких дисциплин в фи­зике, как статистическая физика и термодинамика, процесс установления I и II начал термодинамики, выработка поня­тий энергии, тепловой (внутренней) энергии, работы, эн­тропии.

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

Возможны два качественно различных способа передачи энергии от одного макроскопического тела к другому — в фор­ме работы и в форме теплоты (путем теплообмена). Первый закон термодинамики устанавливает эквивалентность этих двух способов передачи энергии, утверждая, что изменить внут­реннюю энергию тела можно любым из этих способов.

Изменение энергии тела, осуществленное первым спосо­бом, называют работой, совершаемой над этим телом. Пере­дача энергии в форме работы производится в процессе сило­вого взаимодействия тел и всегда сопровождается макроперемещением. Работа, совершаемая над телом, может непо­средственно пойти на увеличение любого вида энергии.

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

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

Всеми явлениями природы управляет закон сохранения и превращения энергии: «Энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает: количество энергии неизменно, она толь­ко переходит из одной формы в другую».

 

 

Концепция вероятностного

Детерминизма в статистической

Физике

История открытия закона сохранения и превращения энергии привела к изучению тепловых явлений в двух направлениях: термодинамическом и молекулярно-кинетическом. С. Карно положил начало новому методу рассмотрения превращения теплоты и работы друг в друга в макроскопических системах, в первую очередь в тепловых машинах, и тем самым явился основателем науки, которая впоследствии была названа У. Томсоном «термодинамикой». Термодинамическое рассмот­рение ограничивается в основном изучением особенностей пре­вращения тепловой формы движения в другие формы, не интересуясь вопросом микроскопического движения частиц, составляющих вещество, то есть без учета молекулярного стро­ения вещества.

Молекулярно-кинетическая теория явилась развитием кинетической теории вещества (альтернативной теплородной). Она характеризуется рассмотрением различных макропроявлений систем как результатов суммарного действия огромной совокупности хаотически движущихся молекул. При этом молекулярно-кинетическая теория использует статистический метод,интересуясь не движением отдельных молекул, а толь­ко средними величинами, которые характеризуют движение огромной совокупности частиц. Отсюда другое ее название — статистическая физика. Оформившись к середине XIX в., оба эти направления, подходя к рассмотрению изменения состо­яния вещества с различных точек зрения, дополняют друг друга, образуя одно целое.

При рассмотрении систем, состоящих из огромного числа частиц, состояние системы характеризуют не полным набо­ром значений координат и импульсов всех частиц, а вероятностью того, что эти значения лежат внутри определенных интервалов. Тогда состояние системы задается с помощью функции распределения, зависящей от координат, импульсов всех частиц системы и от времени. Функция распределения интерпретируется как плотность вероятности обнаружения той или иной физической величины (например, х. или Р) в определенных интервалах от х до X, + ∆;х, или от Р. до Р. + АР.. По известной функции распределения можно найти средние зна­чения любой физической величины, зависящей от координат и импульсов, и вероятность того, что эта величина принимает определенное значение в заданных интервалах.

Статистическая механика в некотором смысле нарушает традиции классического описания физической реальности. Ведь идеалом классического описания считалась динамическая детерминированная форма законов физики. Поэтому перво­начально физики негативно относились к введению вероят­ности в статистические законы. Многие считали, что веро­ятность в законах свидетельствует о мере нашего незнания. Однако это не так. Статистические законы также выражают необходимые связи в природе. Действительно, во всех фун­даментальных статистических теориях состояние представляет собой вероятностную характеристику системы, ее уравнения движения по-прежнему однозначно определяют состояние (ста­тистическое распределение) в любой последующий момент времени по заданному распределению в начальный момент. Т.Я. Мякишев подчеркивает, что главное отличие статисти­ческих законов от динамических состоит в учете случайного (флуктуации). В философии давно выработано представле­ние о диалектическом тождестве и различии противополож­ных сторон любого явления. В диалектике необходимое и случайное — это две противоположности единого явления, две стороны одной медали, которые взаимообуславливают друг друга, взаимопревращаются, не существуют друг без друга. Главное различие между динамическими и статистическими законами с философско-методологической точки зрения со­стоит в том, что в статистических законах необходимость вы­ступает в диалектической связи со случайностью, а в динамических — как абсолютная противоположность случайного. А отсюда вывод: «Динамические законы представляют собой первый низший этап в процессе познания окружающего нас мира? статистические законы обеспечивают более современ­ное отображение объективных связей в природе: они выража­ют следующий, более высокий этап познания».

 

30. Концепция необратимости.