Cтраница 2
Энтропия есть функция состояния термодинамической системы, приращение которой равно приведенной теплоте равновесного процесса перехода системы из начального состояния в конечное. Такое определение основывается на постулатах термодинамики. Рассмотрим молекулярно-кинетический смысл энтропии. [16]
Пытаясь выяснить, что же дает термодинамический анализ в решении фундаментальных биологических проблем, мы должны обратиться к вопросу об ограничениях и допущениях, характерных для термодинамики. Именно здесь и находится ключ к пониманию причин относительно малой прогностической ценности постулатов термодинамики, когда речь идет о биологических явлениях. [17]
В отличие от статистики теория регулирования рассматривает организм не как собрание слабо связанных друг с другом и тождественных частиц, а скорее как механизм, в котором все части находятся во взаимодействии, достаточно тесном, чтобы обеспечить функционирование аппаратов обратной связи. Такая позиция имеет гораздо больше оснований, чем статистический подход, и недостатком ее являются, с одной стороны, отсутствие чего-то, аналогичного постулатам термодинамики или механики, а с другой - необходимость признать разрыв между живым и неживым миром. Винер 25 ]) указывают скорее на связи между живым и неживым миром. Однако аналогии - это параллели, а не пересекающиеся пути, и сколько бы мы ни изучали особенности систем управления и регулирования, мы не найдем указаний, позволяющих утверждать, что вот из такой-то смеси молекул в заданных условиях обязательно должен образоваться механизм, способный к саморегулированию и репродукции. Исследование уже готовых систем с требуемыми свойствами ответа на вопрос не дает, но тем не менее полезно и, даже необходимо в поисках, если не решения задачи, то хотя бы более или менее надежного пути к ее решению. [18]
Будем считать, что системы находятся в термическом равновесии, если между ними в отсутствие теплоизоляции не происходит теплообмен. Выше мы отмечали, что в системе при соприкосновении тел, нагретых в различной степени, с течением времени устанавливается одинаковая температура. Это один из четырех постулатов термодинамики, установленный с появлением термометра в середине XVIII в. Джозефом Блэком, и получивший название закона термического равновесия. [19]
Скалярная величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия и определяющая теплообмен между телами, называется температурой. Для неравновесной системы понятие температуры не имеет смысла. Положение о существовании температуры равновесной системы составляет основу второго постулата термодинамики. [20]
Скалярная величина, характеризующая движение внутри равновесной системы, называется температурой. Для неравновесной системы понятие температуры не имеет смысла. Положение о существовании температуры равновесной системы составляет основу второго постулата термодинамики. [21]
Основой настоящего издания, в состав которого входят пять книг, является курс лекций по физике, читаемый автором слушателям Института криптографии, связи и информатики Академии ФСБ России. В данной книге излагается раздел курса Молекулярная физика и термодинамика. В соответствии с программой дисциплины Физика рассматриваются наиболее важные вопросы молекулярно-кинетической теории вещества, распределения Максвелла и Больцмана, постулаты термодинамики и их статистическая трактовка, свойства неидеальных газов, фазовые равновесия, поверхностное натяжение жидкостей, явления переноса. Дается краткое, но достаточно строгое изложение учебного материала в виде системы физических понятий, определений, законов и теорем. [22]
Итак, под равновесным состоянием будем понимать такое состояние системы, которое сохраняется неизменным во времени, причем это состояние не поддерживается каким-либо внешним процессом по отношению к системе. Утверждение о том, что протекание самопроизвольного процесса в конечном счете приводит систему в равновесное состояние, является одним из постулатов термодинамики. [23]
Тепловая теорема Нернста не является необходимой для решения задач о тепловых машинах и других чисто физических проблем, но составляет неотъемлемую часть химической термодинамики. Первая вполне удовлетворительная формулировка третьего закона была дана Льюисом и Рэндаллом [ 379, стр. Если принять энтропию всякого элемента в некотором кристаллическом состоянии при абсолютном нуле температуры равной нулю, то каждое вещество имеет конечную положительную энтропию; однако при абсолютном нуле температуры энтропия может обращаться-в нуль и действительно становится равной нулю в случае совершенных кристаллических веществ. В связи с определением совершенного кристаллического вещества третий закон является единственным постулатом термодинамики, который требует по крайней мере частичного рассмотрения микроскопической природы вещества. Таким образом, при помощи методов классической термодинамики нельзя достичь полного понимания третьего закона; для этого требуется применение квантовой статистики, о чем пойдет речь в следующем разделе. Коротко говоря, методами статистической термодинамики было показано, что энтропия системы непосредственно связана с ее количественно выражаемой вероятностью. Неупорядоченность в природе более вероятна, чем упорядоченность, а, следовательно, состояние максимальной упорядоченности имеет минимальную вероятность и обладает соответственно минимальной энтропией. Такое вещество имеет следующие характерные особенности: а) абсолютная химическая чистота; б) упорядоченное расположение ионов, атомов или молекул в регулярной решетке; в) упорядоченная ориентация всех многоатомных групп по отношению к решетке и г) упорядоченное положение магнитных моментов атомов. Многие факторы могут вызывать несовершенства реального состояния вещества вблизи абсолютного нуля. [24]
Первым и вторым законами термодинамики устанавливается существование двух функций состояния - энергии и энтропии. Оба закона формулируют полностью только для закрытых систем, но понятия энергии и энтропии используются более широко, в любых термодинамических системах. Нахождение их не является конечной целью термодинамического анализа, однако они позволяют реализовать в принципе уже сформулированные на основе постулатов термодинамики возможности количественного расчета других интересующих свойств равновесных систем. [25]
Часть упомянутых авторов мотивирует устранение сомножителя N просто необходимостью устранить отмеченные противоречия, и мы здесь не станем касаться их работ; другие же исследователи, и в частности Планк [6], пытаются дать этому шагу статистическое обоснование. Сущность рассуждений Планка может быть изложена следующим образом. Все молекулы идеального газа совершенно тождественны и неотличимы друг от друга. Между тем при выводе формул ( 1) и ( 3) мы считали, что при перестановке двух молекул друг на место друга микроскопическое состояние газа, вообще говоря, изменяется. Планк предлагает отказаться от индивидуализации молекул и считать, что перестановка тождественных молекул никакого значения не играет; оказывается, что этим путем можно устранить указанные противоречия с постулатами термодинамики. [26]