Дайте несколько формулировок второго начала термодинамики

6. Дайте несколько формулировок второго начала термодинамики

Существуют несколько эквивалентных формулировок второго начала термодинамики:

Постулат Клаузиуса: "Невозможен процесс, единственным результатом которого являлась бы передача тепла от более холодного тела к более горячему" (такой процесс называется процессом Клаузиуса).

Постулат Томсона: "Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет охлаждения теплового резервуара" (такой процесс называется процессом Томсона).

Другая формулировка второго начала термодинамики основывается на понятии энтропии:

"Энтропия изолированной системы не может уменьшаться" (закон неубывания энтропии).

В наиболее общем виде второй закон термодинамики может быть сформулирован следующим образом: любой реальный самопроизвольный процесс является необратимым. Все прочие формулировки второго закона являются частными случаями наиболее общей формулировки.

В. Томсон (лорд Кельвин) предложил в 1851 г. следующую формулировку: невозможно при помощи неодушевленного материального агента получить от какой-либо массы вещества механическую работу посредством охлаждения ее ниже температуры самого холодного из окружающих предметов.

М. Планк предложил формулировку более четкую, чем формулировка Томсона: невозможно построить периодически действующую машину, все действие которой сводилось бы к понятию некоторого груза и охлаждению теплового источника. Под периодически действующей машиной следует понимать двигатель, непрерывно (в циклическом процессе) превращающий теплоту в работу. В самом деле, если бы удалось построить тепловой двигатель, который просто отбирал бы теплоту от некоторого источника и непрерывно (циклично) превращал его в работу, то это противоречило бы положению о том, что работа может производиться системой только тогда, когда в этой системе отсутствует равновесие (в частности, применительно к тепловому двигателю - когда в системе имеется разность температур горячего и холодного источников).

7. Что такое диссипативная структура? В какой теории используется это понятие?

Диссипативная система (или диссипативная структура), от лат. dissipatio - "рассеиваю, разрушаю") - это открытая система, которая оперирует вдали от термодинамического равновесия. Иными словами, это устойчивое состояние, возникающее в неравновесной среде при условии диссипации (рассеивания) энергии, которая поступает извне. Диссипативная система иногда называется ещё стационарной открытой системой или неравновесной открытой системой.

Диссипативная система характеризуется спонтанным появлением сложной, зачастую хаотичной структуры. Отличительная особенность таких систем - несохранение объёма в фазовом пространстве, то есть не выполнение Теоремы Лиувилля.

Простым примером такой системы являются ячейки Бенара. В качестве более сложных примеров называются лазеры, реакция Белоусова - Жаботинского и сама биологическая жизнь.

Термин "диссипативная структура" введен Ильёй Пригожиным в его теории диссипативных структур.

Последние исследования в области "диссипативных структур" позволяют делать вывод о том, что процесс "самоорганизации" происходит гораздо быстрее при наличии в системе внешних и внутренних "шумов". Таким образом шумовые эффекты приводят к ускорению процесса "самоорганизации".

8. Какая реакция называется обратимой?

Обратимая реакция - реакция, которая в данных условиях может протекать как в прямом, так и в обратном направлениях.

Огромное большинство химических реакций обратимы. Обратимость реакций мешает производству. Химическое равновесие - состояние реагирующей системы, при котором в ней протекают только обратимые реакции. Параметры состояния системы при химическом равновесии не зависят от времени; состав такой системы называют равновесным. Химическое равновесие - состояние системы в котором скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции.

9. Что такое естественный отбор? Какие виды естественного отбора выделяют?

Естественный отбор - основной движущий фактор эвоюции живых организмов.

Естественный отбор - это процесс выживания и воспроизведения организмов, наиболее приспособленных к условиям среды, и гибели в ходе эволюции неприспособленных. Естественный отбор - следствие борьбы за существование; обусловливает относительную целесообразность строения и функций организмов; творческая роль естественного отбора выражается в преобразовании популяций, приводящем к появлению новых видов. Понятие о естественном отборе как основном движущем факторе исторического развития живой природы введено Ч. Дарвином.

Движущий отбор приводит генетический состав популяций в соответствие изменениям во внешней среде так, чтобы средняя приспособленность популяций была максимальной.

Стабилизирующий отбор сохраняет то состояние популяции, которое обеспечивает ее максимальную приспособленность в постоянных условиях существования. В каждом поколении удаляются особи, отклоняющиеся от среднего оптимального значения по приспособительным признакам.

При стабилизирующем отборе преимуществом обладают особи со средним проявлением признаков, при движущем - одна из крайних форм. Теоретически мыслима еще одна форма отбора - дизруптивный или разрывающий отбор, когда преимущество приобретают обе крайние формы.

Половой отбор - это естественный отбор на успех в размножении. Признаки, которые снижают жизнеспособность их носителей, могут возникать и распространяться, если преимущества, которые они дают в успехе размножения значительно выше, чем их недостатки для выживания.

10. Были ли экологические кризисы, вызванные человеком, в древности? Опишите их

Слово "экология" чаще всего используют не в строгом значении, а в более узком, обозначая им взаимосвязи человека с окружающей средой, те изменения которые происходят благодаря антропогенному давлению в биосфере, равно как и проблемы людей, имеющие своим источником силы природы. Люди часто склонны идеализировать "светлое прошлое", и наоборот, испытывать апокалепсические настроения по отношению к "туманному будущему".

К счастью или нет, но показывает нам, что " что ни век, то век железный", и если мы говорим об экологии, то экологические бедствия в региональных, по крайней мере, масштабах, имели место еще до Рождества Христова. С древнейших времен человек только и делал, что менял, преобразовывал природу вокруг себя, и с древнейших времен плоды его деятельности возвращались к нему бумерангом. Обычно антропогенные изменения в природе накладывались на собственно природные ритмы, усиливая неблагоприятные тенденции и препятствуя развитию благоприятных. Из-за этого часто трудно разграничить, где негативные влияния цивилизации, а где собственно природные явления. Даже сегодня не прекращаются споры, например, по поводу того, являются озоновые дыры и глобальное потепление следствием естественных процессов или нет, но негативность человеческой деятельности не подвергаются сомнению, спор может идти только о степени влияния.

Возможно (хотя этот факт не доказан абсолютно достоверно) человек внес большой вклад в возникновение самой большой на планете пустыни Сахара. Фрески и наскальные рисунки, находимые там и датируемые 6-4 тысячелетием до нашей эры показывают нам богатый животный мир Африки. На фресках изображены буйволы, антилопы, бегемоты. Как показывают исследования опустынивание саванны на территории современной Сахары началось около 500 000 лет назад, но обвальный характер процесс принял с 3 т. до н. э. Характер жизни кочевых племен Юга Сахары, образ жизни, которых не слишком сильно изменился с тех самых пор. А также данные о хозяйстве древних жителей Севера континента, позволяют предположить, что подсечно-огневое земледелие, вырубка деревьев, способствовали осушению рек на территории будущей Сахары. А неумеренный выпас скота привел к выбиванию копытами плодородных почв, итогом этого явилось резкое усиление эрозии почвы и опустынивание земель.

Те же процессы уничтожили несколько крупных оазисов в Сахаре и полосу плодородных земель к северу от пустыни после прихода туда арабов кочевников. Наступление Сахары на юг в наши дни также связанно с хозяйственной деятельностью коренных народов. "Козлы съели Грецию" - эта поговорка известна с античных времен. Козловодство уничтожило древесную растительность в Греции, копыта коз вытоптали почву. Процесс эррозии почв в Средизимноморье в античное время был в 10 раз выше в окультуренных областях. Вблизи античных городов существовали огромные свалки. В частности около Рима один из холмов свалки был высотой в 35 метров, а диаметром в 850 метров. Грызуны и нищие кормившиеся там разносили болезни. Сливы отбросов на улицы городов, сбросы сточных городских вод в водоемы, откуда потом брали воду те же жители. В том же Риме проживало около 1 миллиона человек, можно представить, сколько они производили мусора.

Сведение лесов по берегам рек превратило некогда судоходные водные потоки в обмелевшие и пересыхающие. Нерациональная мелиорация приводила к засолению почв, применение плуга переворачивало пласты почв (он активно применялся с начала нашей эры), вырубка леса приводила к массовой деградации почв, и по мнению многих исследователей привело к упадку античного сельского хозяйства, экономики в целом и крушению всей древней культуры.

Подобные явления были и на Востоке. Один из крупнейших и древнейших городов Харрапской цивилизации (II - III тысячелетия до нашей эры) Монхефно-Даро несколько раз, более 5, затапливался водой, и каждый раз более, чем на 100 лет. Как полагают, наводнения вызывались заиливанием водных протоков из-за неумелой мелиорации. Если в Индии несовершенство ирригационных систем приводило к наводнением, то в Месопотамии к засолению почв.

Создание мощных ирригационных систем приводило к возникновению обширных солончаков вследствие нарушения водно-солевого баланса. Наконец, из-за экологических катастроф, вызванных деятельностью человека, несколько высокоразвитых культур просто погибли. Такая судьба постигла, например, цивилизацию майя в Центральной Америки и культуру острова Пасхи. Индейцы майя построившие множество каменных городов, пользовавшиеся иероглификой, знавшие математику и астрономию лучше своих европейских современников (первое тысячелетие нашей эры), подвергли почву такой эксплуатации, что истощившаяся земля вокруг городов уже не могла прокормить население. Существует гипотеза, что это вызвало миграцию населения с места на место, и привело к деградации культуры.

На острове Пасха (Рапануи) в Тихом океане загадочно возникла и умерла одна из интереснейших культур древнего мира. Богатый растительным и животным миром остров смог стать домом высокоразвитой культуры. Жители Пасхи умели писать, совершали многодневные плавания. Но в какой-то момент (вероятно около 1000 г.н.э.) на острове началось массовое производство огромных каменных истуканов, возможно олицетворявших племенных вождей. В ходе строительства статуй и доставки их на место стоянки (готовых всего около 80 статуй,весом до 85 тонн) леса острова были сведены на нет. Отсутствие древесины препятствовало строительству фигур и производству орудий труда. Резко сократились связи острова Рапануи с другими островами Тихого океана, население обнищало, общество деградировало.

Экоцид - слово, вошедшее в наш оборот сравнительно недавно, но примеры экоцида мы можем найти еще в древности. Так, воины Чингизхана, вторгшиеся в Туркестан и Переднюю Азию разрушили там ирригационные сооружения, что в частности вызвало засоление и опустынивание земель в районе древнего Харезма, даже Амударья из-за этого повернула на запад, что вызвало упадок среднеазиатского оазиса цивилизации. Но гораздо чаще экологические проблемы возникают из-за экономической деятельности людей.

Список использованной литературы.

1. Е.М. Романова, Т.А. Индирякова, О.А. Индирякова. Концепция современного естествознания. Учебно-методический комплекс. Модуль III. Методическое пособие для самостоятельной работы. - Ульяновск, 2009. - 198 стр.

2. Потоцкий В.В. Оценка эффективности результатов фундаментальных научных исследований (методологические аспекты) // Вестник РАЕН. 2002. Т. 2. № 1. С. 24-28.

3. Потоцкий В.В. Методологические проблемы оценки открытий в области общественных наук // Вестник РАЕН. 2002. Т. 2. № 3. С. 55-60.

4. И.Розенталь "Элементарные частицы и структура Вселенной", М. Наука, 1984.

5. Салас Соммер Дарио. "Экология внутреннего мира" // Вестник РАЕН. 2006. № 1. С. 74-75.

6. Аруцев А.А., Ермолаев Б.В. Концепции современного естествознания.

7. Савченко В.Н. Начала современного естествознания: концепции и принципы: учебное пособие / В.Н. Савченко, В.П. Смагин. - Ростов н/Д.: Феникс, 2006. - 608 с. - (Высшее образование).

8. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания: учеб. пособие для студ. вузов / Татьяна Яковлевна Дубнищева. - 6-е изд., испр. и доп. - М.: Издательский центр "Академия", 2006. - 608 с.