 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
79
статистическим весом состояния (обозначим его буквой Г). Тело, предоставленное самому себе,
стремится перейти в состояние с большим статистическим весом.
Принято пользоваться не самим числом Г, а его логарифмом, который еще умножается на
постоянную Больцмана k. Определенную таким образом величину
S = k lnГ
называют
энтропией тела. Нетрудно убедиться в том, что энтропия сложной системы равна
сумме энтропии ее частей.
Второе начало термодинамики, определяющее направление тепловых процессов, можно
сформулировать как закон возрастания энтропии:
для всех происходящих в замкнутой системе тепловых процессов энтропия системы
возрастает; максимально возможное значение энтропии замкнутой системы достигается в
тепловом равновесии:
?S
0
Данное утверждение принято считать количественной формулировкой второго начала
термодинамики (второго закона термодинамики), открытого немецким физиком Р.Ю. Клаузиусом
(1822–1888). Молекулярно-кинетическое истолкование этого закона дано австрийским физиком Л.
Больцманом (1804– 1906).
Идеальному случаю – полностью обратимому процессу замкнутой системы – соответствует
неизменяющаяся энтропия. Все естественные процессы происходят так, что вероятность
состояния возрастает, что означает переход от порядка к хаосу. Значит, энтропия характеризует
меру хаоса, которая для всех естественных процессов возрастает. В этой связи закон о
невозможности вечного двигателя второго рода, закон о стремлении тел к равновесному
состоянию получают свое объяснение. Почему механическое движение переходит в тепловое? Да
потому, что механическое движение упорядочено, а тепловое беспорядочно, хаотично.
В середине XIX в. активно обсуждалась проблема тепловой смерти
Вселенной. Рассматривая
Вселенную как замкнутую систему и применяя к ней второе начало термодинамики,
Р.Ю. Клаузиус свел его содержание к утверждению, что энтропия Вселенной должна достигнуть
своего максимума. Это означает, что все формы движения со временем должны перейти в
тепловые. Переход же теплоты от горячих тел к холодным приведет к тому, что температура всех
тел во Вселенной сравняется, т. е. наступит полное тепловое равновесие и все процессы во
Вселенной прекратятся – наступит тепловая смерть Вселенной. Ошибочность вывода о тепловой
смерти заключается в том, что бессмысленно применять второе начало термодинамики к
незамкнутым системам, например к такой безграничной и бесконечно развивающейся системе, как
Вселенная.
3.10. Электромагнитная концепция
Развитие полевой концепции описания свойства материи
В классическом представлении, как отмечалось выше, различают два вида материи: вещество и
поле. К первому из них относятся атомы, молекулы и все построенные из них тела, структура и
форма которых весьма разнообразны. Поле
– особая форма материи (иногда его называют
физическим полем). К настоящему времени известно несколько разновидностей полей:
электромагнитное и гравитационное поля, поле ядерных сил, а также волновые (квантовые) поля,
соответствующие различным элементарным частицам.
Ограничимся рассмотрением электромагнитного поля. Именно для описания электромагнитных
явлений выдающийся английский физик-самоучка Майкл Фарадей (1791–1867) в 30-е годы XIX в.
впервые ввел понятие поля.
Наука о свойствах и закономерностях поведения особого вида материи – электромагнитного
поля, посредством которого осуществляется взаимодействие между электрически заряженными
телами, называется электродинамикой.
Среди четырех видов фундаментальных взаимодействий – гравитационного,
электромагнитного, сильного и слабого – электромагнитное взаимодействие занимает первое