Термодинамика
Другие рефераты
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ИСХОДНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕРМОДИНАМИКИ
1. Закрытые и открытые термодинамические системы.
2. Нулевое начало термодинамики.
3. Первое начало термодинамики.
4. Второе начало термодинамики.
5. Обратимые и необратимые процессы.
6. Энтропия.
7. Третье начало термодинамики.
ГЛАВА 2
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПОЛОЖЕНИЯ СИНЕРГЕТИКИ.
САМООРГАНИЗАЦИЯ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ.
1. Общая характеристика открытых систем.
2. Диссипативные структуры.
3. Самоорганизация различных систем и синергетики.
4. Примеры самоорганизации различных систем.
5. Физические системы.
6. Химические системы.
7. Биологические системы.
8. Социальные системы.
Постановка задачи.
ГЛАВА 3
АНАЛИТИЧЕСКИЕ И ЧИСЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ САМООРГАНИЗАЦИИ РАЗЛИЧНЫХ
СИСТЕМ.
1. Ячейки Бенара.
2. Лазер, как самоорганизованная система.
3. Биологическая система.
4. Динамика популяций. Экология.
5. Система «Жертва - Хищник».
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА.
[pic]
ВВЕДЕНИЕ.
Наука зародилась очень давно, на Древнем Востоке, и затем интенсивно
развивалась в Европе. В научных традициях долгое время оставался
недостаточно изученным вопрос о
взаимоотношениях целого и части. Как стало ясно в середине
20 века часть может преобразовать целое радикальным и неожиданным образом.
Из классической термодинамики известно, что изолированные
термодинамические системы в соответствии со вторым началом термодинамики
для необратимых процессов энтропия системы S возрастает до тех пор, пока
не достигнет своего максимального значения в состоянии термодинамического
равновесия. Возрастание энтропии сопровождается потерей информации о
системе.
Со временем открытия второго закона термодинамики встал вопрос о
том, как можно согласовать возрастание со временем энтропии в замкнутых
системах с процессами самоорганизации в живой и не живой природе. Долгое
время казалось, что существует противоречие между выводом второго закона
термодинамики и выводами эволюционной теории Дарвина, согласно которой в
живой природе благодаря принципу отбора непрерывно происходит процесс
самоорганизации.
Противоречие между вторым началом термодинамики и примерами
высокоорганизованного окружающего нас мира было разрешено с появлением
более пятидесяти лет назад и последующим естественным развитием нелинейной
неравновесной термодинамики. Ее еще называют термодинамикой открытых
систем. Большой вклад в становление этой новой науки внесли И.Р.Пригожин,
П.Гленсдорф, Г.Хакен. Бельгийский физик русского происхождения Илья
Романович Пригожин за работы в этой области в 1977 году был удостоен
Нобелевской премии.
Как итог развития нелинейной неравновесной термодинамики появилась
совершенно новая научная дисциплина синергетика - наука о самоорганизации и
устойчивости структур различных сложных неравновесных систем: физических,
химических, биологических и социальных.
В настоящей работе исследуется самоорганизация различных систем
аналитическими и численными методами.
ГЛАВА 1
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ИСХОДНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
ТЕРМОДИНАМИКИ.
1. ЗАКРЫТЫЕ И ОТКРЫТЫЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ
СИСТЕМЫ.
Всякий материальный объект, всякое тело , состоящее из большого числа
частиц, называется макроскопической системой . Размеры макроскопических
систем значительно больше размеров атомов и молекул. Все макроскопические
признаки , характеризующие такую систему и ее отношение к окружающим телам
, называются макроскопическими параметрами . К их числу относятся такие ,
например , как плотность , объем , упругость , концентрация ,
поляризованность , намогниченность и т.д. Макроскопические параметры
разделяются на внешние и внутренние .
Величины , определяемые положением не входящих в нашу систему внешних
тел , называются внешними параметрами , например напряженность силового
поля ( так как зависят от положения источников поля - зарядов и токов , не
входящих в нашу систему ) , объем системы ( так как определяется
расположением внешних тел ) и т.д. Следовательно внешние поараметры
являются функциями координат внешних тел. Величины, определяемые совокупным
движением и распределением в пространстве входящих в систему частиц ,
называются внутренними параметрами , например энергия , давление ,
плотность , намогниченность , поляризованность и т.д. ( так как их значения
зависят от движения и положения частиц системы и входящих в них зарядов ).
Совокупность независимых макроскопических параметров определяет
состояние системы , т.е. форму ее бытия . Величины не зивисящие от
предыстории системы и полностью определяемые ее состоянием в данный момент
( т.е. совокупностью независимых параметров ), называются функциями
состояния.
Состояние называется стационарным , если параметры системы с течением
времени не изменяются.
Если , кроме того , в системе не только все параметры постоянны во
времени , но и нет никаких стационарных потоков за счет действия каких-либо
внешних источников , то такое состояние системы называется равновесным (
состояние термодинамического равновесия ). Термодинамическими системами
обычно называют не всякие , а только те макроскопические системы , которые
находятся в термодинамическом равновесии. Аналогично , термодинамическими
параметрами называются те параметры , которые характеризуют систему в
термодинамическом равновесии.
Внутренние параметры системы разделяются на интенсивные и экстенсивные .
Параметры не зависящие от массы и числа частиц в системе , называются
интенсивными ( давление , температура и др.) . Параметры пропорциональные
массе или числу частиц в системе , называются аддитивными или
экстенсивными ( энергия , энтропия и др. ) . Экстенсивные параметры
характеризуют систему как целое , в то время как интенсивные могут
принимать определенные значения в каждой точке системы .
По способу передачи энергии , вещества и информации между
рассматриваемой системы и окружающей средой термодинамические системы
классифицируются :
1. Замкнутая ( изолированная ) система - это система в которой нет
обмена с внешними телами ни энергией , ни веществом ( в том числе и
излучением ) , ни информацией .
2. Закрытая система - система в которой есть обмен только с энергией .
3. Адиабатно изолированная система - это система в которой есть обмен
энергией только в форме теплоты .
4. Открытая система - это система , которая обменивается и энергией , и
веществом , и информацией .
2. НУЛЕВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ .
Нулевое начало термодинамики сформулированное всего около 50 лет назад ,
по существу представляет собой полученное «задним числом» логическое
оправдание для введения понятия температуры физических тел . Температура
- одно из самых глубоких понятий термодинамики . Температура играет столь
же важную роль в термодинамике , как , например процессы. Впервые
центральное место в физике занял совершенно абстрактное понятие ; оно
пришло на смену введенному еще во времена Ньютона ( 17 век) понятию силы -
на первый взгляд более конкретному и «осязаемому» и к тому же успешно «
математезированному» Ньютоном.
Первое начало термодинамики устанавливает внутренняя энергия системы
является однозначная функция ее состояния и изменяется только под влиянием
внешних воздействий.
В термодинамике рассматриваются два типа внешних взаимодействий:
воздействие , связанное с изменением внешних параметров системы ( система
совершает работу W ), и воздействие не связанные с изменением внешних
параметров и обусловленные изменением внутренних параметров или температуры
( системе сообщается некоторое количество теплоты Q ).
Поэтому , согласно первому началу , изменение внутренней энергии U2-U1
системы при ее переходе под влиянием этих воздействий из первого состояния
во второе равно алгебраической сумме Q и W , что для конечного процесса
запишется в виде уравнения
U2 - U1 = Q - W или Q = U2 - U1 + W
(1.1)
Первое начало формируется как постулат и является обобщением большого
количества опытных данных .
Для элементарного процесса уравнение первого начала такого :
(Q = dU + (W (1.2)
(Q и (W не являются полным дифференциалом, так как зависят от пути
следования.
Зависимость Q и W от пути видна на простейшем примере расширение газа.
Работа совершенная системой при переходе ее из состояния 1 в 2 ( рис. 1) по
пути а изображается площадью, ограниченной контуром А1а2ВА :
Wа = p(V,T) dV ;
а работа при переходе по пути в - площадью ограниченную контуром
А1в2ВА:
Wb = p(V,T) dV.
[pic]
Рис. 1
Поскольку давление зависит не только от объема, но и от температуры, то
при различных изменениях температуры на пути а и в при переходе
одного и того же начального состояния (p1,V1) в одно и тоже конечное
(p2,V2) работа получается разной. Отсюда видно , что при замкнутом
процессе (цикле) 1а2в1 система совершает работу не равную нулю. На этом
основана работа всех те
| |  скачать работу |
Другие рефераты
| 
