Концептуальная научная революция начала 20 века.
Начала термодинамики. Энтропия и энергия. Закон сохранения энергии. Начала термодинамики Термодинамика исследует тепловые явления, а также превращения энергии во всех ее формах. Термодинамика основана на ряде утверждений (первое, второе, третье и нулевое), которые называются начала термодинамики. Нулевое начало термодинамики уточняет понятие температуры. Тепловое равновесие существует, если система В приведена в тепловой контакт с системой С, но потоки энергии отсутствуют. Если системы В и С имеют одинаковую температуру, то системы находятся в тепловом равновесии друг с другом. Первое начало термодинамики – закон сохранения и превращения энергии в изолированной системе, утверждение о существовании внутренней энергии (принцип энергии). Теплота и работа определяют способы передачи энергии. Второе начало термодинамики устанавливает направленность всех процессов в изолированных системах – не смотря на то, что полное количество сохраняется в любом процессе, распределение энергии изменяется необратимо (принцип энтропии). Тепло произвольно переходит от более нагретых тел к менее нагретым. При этом для направления, в котором происходит изменение распределения энергии, оказывается не важно само количество энергии. Третье начало термодинамики определяет свойства веществ при очень низких температурах, утверждая, что нельзя охладить тела до температуры абсолютного нуля за конечное число процессов, предполагая атомное строение вещества, тогда как остальные начала являются обобщением опытных данных и не содержат сведений о какой-либо структуре вещества.
|
|
|
Энтропия.
Энтропия - мера беспорядка системы.
Сам термин энтропия был введен Р.Ю.Э.Клаузиусом не многим более 100 лет назад. Эта физическая величина связана с энергией системы. Всё на Земле возникает и развивается благодаря энергии, все умирает и разрушается с ростом энтропии. Энергия - источник и мера движения материи и действия сил, энтропия - мера их постепенного угасания.
Из всех известных величин энтропия - единственная физическая величина, которая однозначно изменяется со временем - возрастает в закрытых системах. По сути, это и есть второй закон термодинамики.
Может показаться,что Вселенная, после взрыва - увеличивает энтропию, а человек и живая биота - уменьшает (увеличивая информацию). В то же время это не совсем так. Все организмы в течение жизни поддерживают энтропию своих тел на низком уровне, ценой повышения энтропии окружающей среды и победа в борьбе за существование достается тем видам, которые наиболее эффективно осуществляют этот процесс. Действительно, чем сложнее устроен организм, тем меньше его зависимость от окружающей среды, тем меньше его собственная энтропия.
|
|
|
Энергия.
Энергия - общая мера различных форм движения материи в системе. Запасенная системой внешняя (полученная из вне) энергия, может быть превращена в механическую энергию. Часть теряемой внутренней энергии способна превращаться в немеханические формы и составляет свободную энергию системы. За счет свободной энергии система может совершать работу. Еще часть выделяется в виде тепла, рассеиваемого в окружающем пространстве и не может быть превращена. Эта связанная энергия, характеризуется энтропией - мерой рассеяния, хаоса.
H =pV +F * S
H - полная энергия системы, F-свободная энергия,
pV - запасенная внешняя энергия, S-энтропия.
Закон сохранения и превращения энергии.
В первой половине XIX в. постепенно вызревает и утверждается идея единства различных типов физических процессов, их взаимного превращения. Изучение процесса превращения теплоты в работу и обратно, установление механического эквивалента теплоты сыграли основную роль в открытии закона сохранения и превращения энергии. Все большее место в физических исследованиях занимали исследования взаимопревращения различных форм движения. Исследования химических, тепловых, световых действий электрического тока, изучение его моторного действия, процессов превращения теплоты в работу и т.д. — все это способствовало возникновению и развитию идеи о взаимопревращаемости «сил» природы. Энергия не возникает из ничего и не уничтожается, она лишь переходит из одного вида в другой — так гласит закон сохранения и превращения энергии.
|
|
|
Эту идею в первой половине XIX в. все чаще высказывали ученые, и нужен был один шаг, чтобы эта идея оформилась в физический закон. Этот шаг в 1840-х гг. был сделан многими учеными. Основную роль в установлении закона сохранения и превращения энергии сыграли: немецкий врач Р. Майер, немецкий ученый Г. Гельмгольц и англичанин Дж. Джоуль — манчестерский пивовар, занимавшийся изобретательством и физическими исследованиями.
Значение этого закона выходило далеко за пределы физики и касалось всего естествознания. Наряду с законом сохранения масс этот закон, выражая принцип неуничтожимости материи и движения, образует краеугольный камень материалистического мировоззрения естествоиспытателей. Логическим его развитием и обобщением выступал принцип материального единства мира.
|
|
|
Закон сохранения энергии и в настоящее время является важнейшим принципом физической науки. Новая форма действия этого закона основана, в частности, на учете взаимосвязи массы и энергии (Е = mс2): закон сохранения массы применяется в современной физике совместно с законом сохранения энергии.
Концептуальная научная революция начала 20 века.
Глобальная научная революция начинается с целого ряда замечательных открытий, разрушивших всю классическую научную картину мира. В 1888 г. Г. Герц открыл электромагнитные волны, блестяще подтвердив предсказание Дж. Максвелла. В 1895 г. В. Рентген обнаружил лучи, получившие позднее название рентгеновских, которые представляли собой коротковолновое электромагнитное излучение.
Важнейшим открытием 1896 г. стало обнаружение радиоактивности А. Беккерелем. Изучение этого феномена началось с исследования загадочного почернения фотопластинки, лежавшей рядом с кристаллами соли урана.
К великим открытиям конца XIX в. также следует отнести работы А.Г. Столетова по изучению фотоэффекта, П.Н. Лебедева о давлении света. В 1901 г. М. Планк, пытаясь решить проблемы классической теории излучения нагретых тел, предположил, что энергия излучается малыми порциями — квантами, причем энергия каждого кванта пропорциональна частоте испускаемого излучения.
В лучшую сторону ситуация начала меняться только в 20-е гг.
XX в., с наступлением второго этапа научной революции. Он связан с созданием квантовой механики и сочетанием ее с теорией относительности, созданной в 1906—1916 гг. Тогда начала складываться новая квантово-релятивистская картина мира, в которой открытия, приведшие к кризису в физике, были объяснены.
Началом третьего этапа научной революции было овладение атомной энергией в 40-е гг. XX в. и последующие исследования, с которыми связано зарождение электронно-вычислительных машин и кибернетики. Также в этот период физика передает эстафету химии, биологии и циклу наук о Земле, начинающих создавать свои собственные научные картины мира.
Главным концептуальным изменением естествознания XX в. был отказ от ньютоновской модели получения научного знания через эксперимент к объяснению. А. Эйнштейн предложил иную модель, в которой гипотеза и отказ от здравого смысла как способа проверки высказывания, становились первичными в объяснении явлений природы, а эксперимент — вторичным.
Развитие эйнштейновского подхода приводит к отрицанию ньютоновской космологии и формирует новую картину мира, в которой логика и здравый смысл перестают действовать. Оказывается, что твердые атомы Ньютона почти целиком заполнены пустотой. Материя и энергия переходят друг в друга. Трехмерное пространство и одномерное время превратились в четырехмерный пространственно-временной континуум. Согласно этой картине мира планеты движутся по своим орбитам не потому, что их притягивает к Солнцу некая сила, а потому, что само пространство, в котором они движутся, искривлено.
Дата добавления: 2018-10-27; просмотров: 227; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!