ПРОБЛЕМА «ТЕПЛОВОЙ СМЕРТИ ВСЕЛЕННОЙ»

Второй закон термодинамики устанавливает функциональную асимметрию между двумя взаимно противоположными направлениями преобразования энергии в циклических процессах:

• из тепловой формы в механическую форму;

• из механической формы в тепловую.

Энергию можно полностью преобразовать из механической формы в тепловую форму. Например, если равномерно перемещать по полу некото­рый груз, то вся затрачиваемая на это механическая энергия посредством трения будет полностью преобразована в тепловую форму. Но в обратном направлении преобразовать энергию из тепловой в механическую форму полностью нельзя. Для преобразования энергии из тепловой в механиче­скую форму требуется тепловая машина, работающая по определенному циклу. Но при работе этой машины даже по идеальному циклу часть энергии из тепловой формы не будет преобразована в механическую форму. Как известно, часть энергии в тепловой форме будет отдана холодильнику (теплоприемнику).

Таким образом, между двумя формами энергии, тепловой и механиче­ской, существует асимметрия в плане взаимного преобразования.

Как мы уже знаем, второй закон термодинамики устанавливает функци­ональную асимметрию между двумя способами передачи (преобразования) энергии — теплотой и работой. Работа (энергия в механической форме) может переходить в тепловую форму полностью, но энергия из тепловой формы в механическую форму (работу) в циклическом процессе — нет. Передача энергии с помощью работы означает упорядоченное движение частиц системы или окружающей среды. Расширяющийся в цилиндре с подвижным поршнем газ передает энергию окружающей среде в упорядо­ченной форме (все частицы поршня, шатуна и других деталей двигаются в одном и том же направлении). Цилиндр с подвижным поршнем выделяет из неупорядоченного движения частиц газа только упорядоченное движение. Часть энергии газа передается окружающей среде в форме теплоты, т. е. в форме неупорядоченного движения частиц (например, при выпуске газа из цилиндра или через его стенки). В этом случае неупорядоченное движение газа (рассматриваемой системы) будет вызывать также неупорядоченное движение частиц окружающей среды. Как видим, внутреннюю энергию газа можно передать окружающей среде и наоборот двумя способами путем совершения работы и (или) передачи теплоты.

Передача энергии с помощью работы вызывает в системе на мик­роскопическом уровне структурную перестройку: из неупорядоченного движения (хаоса) выделяется (устанавливается) упорядоченное движение. На основе логических рассуждений попытаемся выяснить, как можно из неупорядоченного движения выделить упорядоченное движение. Мы знаем, что газ содержит огромное число элементарных частиц, движу­щихся хаотически. Если частица в цилиндре движется параллельно днищу поршня, то она не ударяется об него и не передает ему части своей кинети­ческой энергии. Максимальное усилие оказывается на поршень лишь при ударе частиц о поршень под прямым углом (перпендикулярно к плоскости днища поршня). При косом ударе элементарной частицы о днище поршня эффект получается промежуточным. Импульсы сил, возникающие при ударе частиц о поршень, заставляет последний перемещаться, увеличивая тем самым объем цилиндра. При увеличении объема цилиндра расстояние между частицами увеличивается. Энергия элементарных частиц будет уменьшаться, так как они все время будут отдавать свою энергию поршню. Если бы поршень был невесомым и вокруг цилиндра был абсолютный вакуум, то частицы газа перемещали бы поршень до бесконечности (при отсутствии трения между поршнем и стенками цилиндра). Когда поршень переместится на бесконечное расстояние, то частицы с ним не будут больше соударяться. При конечном числе элементарных частиц и бесконечном объеме расстояния между ними будут бесконечными. Работа расшире­ния газа прекратится. Таким образом, чтобы полностью преобразовать неупорядоченное движение атомов (молекул) газа в упорядоченное (строго направленное) движение поршня, необходимо иметь цилиндр бесконечно больших размеров. Поскольку каждая частица при столкновении отдает свою энергию поршню, то она будет останавливаться, и ее энергия будет приближаться к нулю. Следовательно, абсолютная температура газа также будет понижаться и в конечном итоге также станет равной нулю. Движение частиц газа прекратится. В этом случае вся внутренняя энергия газа будет полностью преобразована в полезную работу[15].

Энергию хаотического движения молекул газа можно передать окружа­ющей среде и другим способом. Если газ привести в контакт с окружающей средой, имеющей нулевую абсолютную температуру, то внутренняя энер­гия будет передана окружающей среде путем теплообмена, т. е. в форме теплоты.

Подведем итог сказанному. Внутреннюю энергию от одной системы можно передавать другой. Внутренняя энергия —это энергия неупоря­доченного (хаотического) движения элементарных частиц, составляющих систему. Эту неупорядоченную энергию можно передать двумя способами:

• посредством совершения работы, выделив из неупорядоченной формы энергии. В этом случае в окружающей среде возникает упорядоченное движение (например, частиц движущегося поршня тепловой машины). Для полного выделения упорядоченного движения из неупорядочен­ного необходима тепловая машина с цилиндром бесконечно больших размеров. Поскольку такая конструкция тепловой машины нереальна, то выделить из неупорядоченной формы энергии упорядоченную также нереально.

• посредством теплообмена, т. е. неупорядоченная форма энергии переда­ется также в неупорядоченной форме. В этом случае преобразования формы энергии нет, а поэтому всю энергию, поступившую в неупорядо­ченной форме можно полностью передать в неупорядоченной форме.

С другой стороны, сжимая газ в цилиндре с помощью подвижного поршня, мы преобразуем упорядоченную форму энергии (механическую энергию) в неупорядоченную (внутреннюю энергию). При этом вся упоря­доченная форма энергии полностью переходит в неупорядоченную форму.

Таким образом, в циклическом процессе преобразовать полностью неупорядоченную форму энергии в упорядоченную не представляется воз­можным. Но в то же время обратный процесс происходит без ограничений. Поскольку в реальном мире постоянно происходят процессы преобразо­вания неупорядоченной формы энергии (внутренней энергии) в упорядо­ченную (механическую энергию) и обратно, то, учитывая их асимметрию, можно было бы заключить:

• неупорядоченная форма энергии в реальном мире увеличивается, а упорядоченная — уменьшается, т. е. хаос в природе увеличивается.

Хаос связан с тепловыми явлениями, т. е. с неупорядоченной фор­мой энергии. Чем больше хаос, тем ниже качество энергии, поскольку неупорядоченная форма энергии полностью не может быть преобразована в упорядоченную форму энергии. Предположим, что со временем вся упорядоченная форма энергии будет полностью преобразована в неупо­рядоченную форму, поскольку на такой процесс преобразования энергии природа не накладывает никаких ограничений, а на обратный процесс — накладывает. Вся энергия реального мира перейдет в тепловую форму. По­скольку энергия хаотического движения частиц не может локализоваться в одном месте системы или тела (тепловая энергия рассеивается по всему пространству), то она будет равномерно распределена по всей системе. Если принять такое предположение справедливым для всего реального мира, то температура во всех точках Вселенной станет одинаковой. Вся Вселенная со временем перейдет в равновесное состояние. В ней не будет разности температур (все тела будут иметь одинаковую температуру). Могут ли в такой Вселенной работать тепловые двигатели, выделяющие из неупорядо­ченной по форме энергии (внутренней энергии) упорядоченную по форме энергию (механическую)? Опираясь на труд Карно, можно ответить — нет.

Для работы теплового двигателя нужны два источника теплоты: нагре­ватель и холодильник. Если в качестве холодильника принять окружаю­щую среду, то в этом случае не будет нагревателя, который должен иметь более высокую температуру, чем холодильник. Ведь в самом нагревате­ле происходит преобразование упорядоченной формы энергии (например, энергии химических связей частиц топлива) в энергию неупорядоченную. Так для нагрева воды в котле нужно сжечь топливо (твердое, жидкое или газообразное). Химическая энергия топлива — упорядоченная форма энергии. Однако мы пришли к выводу, что со временем должны исчезнуть источники с упорядоченной (локализованной) формой энергии. Следова­тельно, будет неоткуда получать теплоту.

Если в качестве высокотемпературного источника теплоты принять окружающую среду, то в этом случае не будет холодильника. Его нужно создать искусственно. Мы уже знаем, что для локального понижения тем­пературы системы (например, в каком-либо месте) необходимо совершить отрицательную работу W^ (как в холодильнике). Но работа —это способ передачи упорядоченной формы энергии, которой со временем также не будет. Вся энергия Вселенной будет состоять только из внутренней энергии (неупорядоченной тепловой). Энергия становится недоступной, а Вселен­ная — мертвой.

Многие ученые (в том числе и Р. Клаузиус) пришли к выводу, что Вселенную ожидает «тепловая смерть». Клаузиус писал «Работа, могущая быть произведенной силами природы и содержащаяся в существующих движениях небесных тел, будет постепенно все больше превращаться в теплоту. Теплота, переходя от более теплого к более холодному телу, и, стремясь этим выравнивать существующие различия в температуре, будет постепенно получать все более и более равномерное распределение и наступит также известное равновесие между наличной в эфире лучи­стой теплотой и теплотой, находящейся в телах. И, наконец, в отноше­нии своего молекулярного расположения тела приблизятся к некоторому состоянию, в котором, что касается господствующей температуры, совокупное рассеяние будет возможно наибольшим».

Под термином «работа» Клаузиус понимал механическую (упорядо­ченную) фюрму энергии, а «теплота» — это внутренняя (неупорядоченная) форма энергии. Клаузиус считал, что энтропия Вселенной стремится к некоторому максимуму. Это означает, что механическая (упорядоченная) по форме энергия в процессе длительного промежутка времени преобразу­ется во внутреннюю (неупорядоченную) по форме энергию. Энергия, как сохраняющаяся величина, равномерно распределится по всей Вселенной. После этого, как считал Клаузиус, во Вселенной не будет никаких даль­нейших изменений, и она будет находиться в некотором мертвом состоянии инерции. Наступит состояние неупорядоченности, т. е. хаоса. Вселенная, как пружина часов, стремится к некоторому предельному состоянию.

Чтобы часы привести в действие, нужно завести их пружину. Факти­чески мы снова преобразуем неупорядоченную форму энергии (тепловую энергию, выделившуюся в организме при усвоении пищи) в упорядоченную энергию (движение руки). Рука передает энергию от организма к пружине часов путем совершения работы.

Английский астрофизик Д. Джине (1877-1946) писал: «Второй закон термодинамики заставляет Вселенную все время двигаться в одном направлении по дороге, которая приводит к смерти и уничтожению».

Но совершенно противоположную позицию заняли философы и физики материалистического направления. Лучше всего об ошибке Клаузиуса, обобщившего принцип возрастания энтропии на всю, Вселенную, написал М. Планк: сЕдва ли вообще есть смысл говорить об энергии или энтропии мира, ибо такие величины не поддаются точному определению». Действи­тельно, можно ли вообще говорить об энергии Вселенной, если до сих пор неизвестны ее размеры.

В направлении создания теорий, обосновывающих принцип возрастания энтропии и исключающих его распространение на всю Вселенную, работа­ли многие ученые, начиная с Людвига Больцмана (1844-1906 гг.).

Первую попытку теоретического доказательства второго начала термо­динамики Больцман предпринял в 1866 г. (ему тогда было только 22 года). Само название его работы «О механическом смысле второго закона тер­модинамики* говорит о многом. Больцман действует пока еще полностью в духе своего времени, поскольку механика и механическое мировоззре­ние достигли в то время наибольшего расцвета. Однако анализ требовал построения механической модели нагретого тела, и ученый представляет последнее в виде системы материальных частиц — молекул (атомов), т. е. опирается на еще не доказанную экспериментальную гипотезу. Весь цикл работ Больцмана по развитию молекулярно-кинетической теории газов был для него все же необходимом этапом для следующей попытки решения сложнейшей проблемы второго начала термодинамики.

Вследствие огромного числа молекул и их столкновений между собой измерению доступны лишь среднее значение параметров, характеризую­щих систему в целом. Он устанавливает, что основные законы газов не могут опираться лишь на одну механику, сПроблемы механической теории тепла есть проблемы исчисления вероятностей*,— со всей определенно­стью пишет Больцман. Но переход от строго динамических, описываемых уравнениями Ньютона, закономерностей к статистическим, есть качествен­ный скачок, поскольку от рассчитываемых со всей строгостью однозначных характеристик мы переходим к допускаемому известную неоднозначность вероятному описанию. Это было революцией в науке. Больцман установил мостик между двумя мирами — микромиром и макромиром.

Мы уже знаем, что все реальные процессы (по крайней мере на Земле) сопровождаются повышением энтропии, т. е. понижением качества энергии или увеличением хаоса. Следовательно, между понятиями «энтропия», «качество энергии» и «хаос» существует определенная связь. Бели эн­тропия возрастает, то и возрастает хаос. Хаос представляет собой меру рассеяния энергии во Вселенной. При этом необходимо иметь в виду, что и изменение энтропии, и изменение хаоса в реальных процессах идет в одном направлении — в направлении возрастания. Больцман количественно описал хаос, т. е. степень неупорядоченности системы.

В термодинамике рассматриваются в основном макроскопические тела (их размеры бесконечно большие по сравнению с частицами, из которых они состоят). С помощью таких параметров, как масса, объем, температура, давление, количество вещества задается макросостояние системы (тела). Свойства макросистемы могут быть определены путем проведения прямых и (или) косвенных измерений, а также вычислений. Однако свойства макросистемы зависят от поведения тех частиц, из которых она состоит (молекул, атомов). Типичные макроскопические системы содержат поряд­ка Ю20… 1025 взаимодействующих частиц.

Одним из наиболее важных свойств макроскопических систем, как мы уже знаем, является их стремление к беспорядку. А именно: если вначале частицы упорядочены и система изолирована от внешних воздействий, то после удаления внутренних связей частицы будут стремиться прийти в беспорядок. Пример этой тенденции можно наблюдать, добавив чернила в стакан воды. Допустим, что чернила имеют одинаковую с водой плотность и их осторожно льют на поверхность воды. Стакан стоит неподвижно, и внешние условия не меняются. Мы знаем, что по прошествии некоторого промежутка времени чернила и вода полностью перемешаются. Исходя из своего опыта, мы можем сказать, что природная тенденция микроскопиче­ских систем к беспорядку определяет направление или «вектор» времени.

Смесь чернил с водой может быть описана путем задания ее мик­роскопического состояния или микросостояния. Такое описание отвечает наиболее полной, совместимой с законами механики характеристике всех молекул системы. Согласно классической механике, такое описание соот­ветствует заданию координат и скоростей каждой молекулы.

Микроскопическое состояние системы меняется самым невообразимым образом. При этом каждое микросостояние равновероятно. Это означает, что имеется большое число микросостояний, приводящих к одному и тому же макросостоянию. Со временем, как бы не менялись микросостояния, макросостояние системы приходит в устойчивое (равновесное) состояние.

Вернемся к опыту с чернилами. В рассматриваемом случае чернила пол­ностью перемешались с водой. Но также возможен и другой процесс, когда чернила самостоятельно соберутся в верхней части стакана и выделяются из воды полностью. Равновероятность микросостояний заключается как раз в том, что процесс может идти как в одну сторону, так и в другую. Тогда возникает вопрос: «А какой процесс наиболее вероятный…?». Естественно можно утверждать, что вероятность смешения чернил с водой равна почти 100%, а обратный процесс — почти 0%. В принципе обратный процесс (самостоятельного выделения чернила из воды) может произойти, но его вероятность до бесконечности мала.

Пусть имеется цилиндр, наполненный газом. Какова вероятность того, что молекулы в какой-то момент времени все соберутся у одной стенки, т. е. произойдет их упорядочение. Когда частицы были распределены по цилиндру (максимальный хаос), то и вся энергия была распределена по

Рассеивание

Энергии

——- — —

Ероятность протекания реального процесса

Тая\

Упорядочение энергии

Рис. 8.37. Вероятность проте­кания реального процесса

Цилиндру. Когда частицы соберутся у одной стенки, то и энергия лока­лизуется (упорядочится в том же месте). Неупорядоченность перейдет в упорядоченность. Мы понимаем, что вероятность сбора частиц у одной стенки цилиндра почти равна нулю (но она все же есть). Если определить вероятность упорядоченного состояния частиц системы, то можно также найти и вероятность неупорядоченного состояния системы (хаоса).

Следовательно, в рассматриваемой термодинамической системе про­цессы могут пойти в одном из двух направлений — либо в направлении хаоса (Неупорядочения энергии), либо в направлении упорядочения энергии (рис. 8.36). Какое из этих направлений наиболее вероятно? Природа избра­ла первое направление (рис. 8.37), хотя не исключает и второе. Это вовсе не означает, что термодинамическая система стремится к беспредельному хаосу. Она лишь стремится к наиболее вероятному состоянию хаоса. При «движении» системы к наиболее вероятному состоянию хаоса самым раз­личным образом меняются ее как микросостояния, так и макросостояния. Достигнув наиболее вероятного состояния, система прекращает изменять свое макросостояние (не изменяются р, V, Т). Этому макросостоянию могут соответствовать большое, но конечное число микросостояний.

Рассмотрим конкретный пример. Пусть име­ется изолированная термодинамическая систе­ма, состоящая из газа в закрытом сосуде (рис. 8.38). Разделим сосуд перегородкой с от­верстием в центре. Пусть в сосуде находится 10 молекул (они пронумерованы). В качестве параметра, характеризующего макросостояние системы, выберем ее внутреннюю энергию, ко­торая равна сумме кинетических энергий всех 10 молекул. Поскольку число молекул в сосуде не меняется, то и не будет изменяться и внут­ренняя энергия газа (Т = idem; U = Idem).

ПРОБЛЕМА «ТЕПЛОВОЙ СМЕРТИ ВСЕЛЕННОЙ»

| Упорядоченная» ! форма энергии I

\Неупорядоченная\

Рис. 8.36. Возможные направления про­текания реальных процессов

ПРОБЛЕМА «ТЕПЛОВОЙ СМЕРТИ ВСЕЛЕННОЙ»

Лееая Сторона

Рис. 8.38. Положение мо­лекул в сосуде в некото­рый момент времени

Макросостояние системы самостоятельно не может измениться. А что происходит с микросостоянием системы? Они могут изменяться. Тогда возникает вопрос «Сколько вообще существует микросостояний газа в сосуде, при которых его внутренняя энергия не меняется?». Рассмотрим эти состояния.

Первое возможное микросостояние — все молекулы собрались в правой половине сосуда (в левой половине сосуда их нет). Такое микросостояние можно реализовать только один раз.

Второе возможное микросостояние — в левой половине сосуда находится одна молекула, а в правой — девять. Такое микросостояние может быть реализовано 10 способами (в левой половине сосуда может оказаться лишь одна молекула с номером от 1 до 10).

1-10 2-10 3-10

Третье возможное микросостояние — в левой половине сосуда находится две молекулы, а восемь — в правой. Такое микросостояние можно реализо­вать уже большим количеством раз. Например, слева могут находиться следующие две молекулы.

1- 2; 1-3; 1-4; 1-5; 1-6; 1-7;

2- 3; 2-4; 2-5; 2-6; 2-7; 2-8;

3- 4; 3-5; 3-6; 3-7; 3-8; …,

9-10

Эти микросостояния носят вероятностный характер. Общее число мик­росостояний, соответствующих данному микросостоянию, определяется по формуле:

П =

N1

Nj-nj’

Где N — общее число молекул; пл — число молекул в левой половине сосуда; п„ — число молекул в правой половине сосуда.

Тогда число микросостояний, при которых в левой половине сосуда будет находиться две молекулы, равно:

10! 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10 910

1-2

Щпл = 2) =

= 45.

2!(10 — 2)!

Следовательно, возможны 45 микросостояний, при которых в левой половине сосуда будет находиться две молекулы, а в правой — восемь. При этом энергия системы будет прежней.

Первое состояние, когда все молекулы находились в правой части сосу­да, является полностью упорядоченным. Такому макросостоянию системы соответствует только одно микросостояние (f2 = 1). В этом случае имеет место «нулевой беспорядок» (хаоса нет). Считается, что максимально упорядоченному микросостоянию соответствует энтропия, равная нулю 5 = 0. Энергия системы в этом состоянии обладает идеальным качеством — образовался «сгусток» энергии. С увеличением числа микросостояний П хаос увеличивается, следовательно, увеличивается и энтропия S. Таким образом, между энтропией системы S и числом ее микросостояний f2 существует определенная связь S = /(fi).

Поскольку самым высоким качеством обладает энергия с S = 0, соот­ветствующая числу микросостояний Q = 1, а также учитывая, что Bn(Q =

1-2-1-2-3-4-5-6-7-8
1) = 0, то JL Больцманом была установлена следующая функциональная зависимость:

S~ lnft, (8.139)

Где S энтропия системы в данном макросостоянии, Дж/К; Q — термоди­намическая вероятность или вероятность беспорядка (безмерная величи­на).

Позднее М. Планк ввел в зависимость (8.139) коэффициент пропорцио­нальности к с целью согласования размерности величин S и ft:

К

Или

S = K In П. (8.140)

На надгробии JI. Больцману в г. Вене выбита эта знаменитая формула (8.140). Правда, Больцман термодинамическую вероятность обозначал не буквой f2, a W. Эта формула служит для нас мостиком от макромира в микромир, а для Больцмана — эпитафией. Этот мостик выглядит следую­щим образом.

• величина S энтропия системы, т. е. макромир;

• величина к — фундаментальная мировая постоянная, ныне называемая Постоянной Больцмана (к = 1,38-10~23 Дж/К). Коэффициент к равен отношению универсальной газовой постоянной R к числу Авогадро Na;

• величина Q — термодинамическая вероятность или мера неупорядочен­ности системы, т. е. микромир.

Величина S незыблемо принадлежит классической термодинамике, а величина П непосредственно относится к миру атомов.

Согласно уравнению (8.140), энтропия S системы логарифмически за­висит от числа микросостояний f2, отвечающих данному макросостоянию.

Ниже приведены значения энтропии, отвечающие каждому макрососто­янию. Макросостояние системы характеризуется числом частиц в левой половине сосуда и задается величиной пЛ:

Число частиц в левой половине сосуда, пл

Число микросостояний системы, П(пл)

Энтропия системы, S = 1пП(пл), = 1]

0

1

0,00

1

10

2,30

2

45

3,81

3

120

4,79

4

210

5,35

5

252

5,53

6

210

5,35

7

120

4,79

8

45

3,81

9

10

2,30

10

1

0,00

Полное число микросостояний: ЕП(пл) = 210 = 1024.

Из приведенных данных видно, что энтропия 5(пл) максимальна для Пл = 5, [п„ = 5]. Говорят, что такое состояние имеет максимальный беспорядок, поскольку число микросостояний, соответствующих данному макросостоянию, максимально f2 (пл = 5) = 252. В этом случае энергия системы равномерно рассеялась по всему объему сосуда. Такое равномерное распределение молекул по объему сосуда (пл = пп = 5) является наибо­лее вероятным, поскольку достигается максимальным числом различных микросостояний. Равномерное распределение частиц, а с ним и энергии по объему системы означает, что система приходит в тепловое равновесие. Иными словами, тепловое равновесие соответствует наиболее вероятному состоянию системы.

Второе начало термодинамики, согласно которому энтропия в любом процессе увеличивается, в рамках теории вероятностей сводится к утвер­ждению того, что происходят лишь те процессы, которые являются наибо­лее вероятными. Таким образом, второе начало термодинамики получает весьма простую трактовку. Однако здесь возникает еще одно обстоятель­ство. Второе начало термодинамики на языке теории вероятностей не запрещает полностью процессов, в которых энтропия может уменьшать­ся. Наоборот, оно утверждает, что такие процессы возможны, но только чрезвычайно маловероятны.

Изучение необратимости тепловых процессов раскрыло природу физи­ческой эволюции, сконцентрировавшейся в замечательной формуле Больц — мана (8.140). Следует подчеркнуть, что положение, согласно которому закрытая система рано или поздно придет в состояние термодинамического равновесия, справедливо лишь для изолированных систем и систем, нахо­дящихся в стационарных внешних условиях. В нашей Вселенной непре­рывно происходят процессы, результатом которых является изменение ее пространственных свойств. Нестационарность Вселенной неизбежно при­водит к отсутствию в ней статического равновесия. «Тепловая смерть» не грозит Вселенной, ее судьбы определяют иные факторы, обусловленные гравитацией.

Природа избрала необычный путь к полному хаосу. Порой (по сути дела, довольно часто) она движется к нему весьма неравномерно. Мир дегради­рует не монотонно. То здесь, то там наблюдаются процессы созидания. Действительно, посмотрев вокруг себя, мы заметим процессы упорядоче­ния и неупорядочения. Так, в городах разрушаются старые дома. В этом случае человек умышленно увеличивает неупорядоченность домов в городе (хаос возрастает). За счет увеличения такого хаоса возрастают площади под новое строительство в городе. Достигнув определенного значения, хаос замедляется в системе (городе) и начинаются процессы упорядочения (ин­тенсивная застройка жилого массива) Но такая упорядоченность вызывает появление хаоса в другой системе.

В ДВС химическая энергия топлива преобразуется сначала в тепловую энергию (растет энтропия рабочего тела). Молекулы в цилиндре движутся хаотически. С помощью подвижного поршня из неупорядоченного движе­ния молекул выделяют упорядоченное движение коленчатого вала, колес, гусениц танка и т. д. Сброс тепла с отработавшими газами в окружающую среду увеличивает ее энтропию. Однако тепловой двигатель часть неупо­рядоченной энергии (тепловой) преобразует в упорядоченную энергию (механическую). Эту упорядоченную энергию используют для подъема кирпичей, перевозки оборудования, с помощью которых строят дома, т. е. уменьшают хаос в другой системе.

Как правило, в течение трудовой недели в квартире устанавливается беспорядок (хаос). Энтропия системы увеличивается. После уборки квар­тиры в конце недели в ней возникает состояние максимально возможной упорядоченности (энтропия уменьшается).

Таким образом, если в одной локальной области происходит уменьше­ние хаоса (идет процесс упорядочения), то в другой локальной области Вселенной хаос увеличивается, т. е. если где-то идут процессы в сторону неупорядоченности (хаоса), то где-то идут процессы в сторону упорядоче­ния.

Ваш отзыв

Рубрика: Основы теории тепловых процессов и машин

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *