Дмитрий Коротков - Объяснение термодинамики

Объяснение термодинамики
Название: Объяснение термодинамики
Автор:
Жанр: Физика
Серии: Нет данных
ISBN: Нет данных
Год: Не установлен
О чем книга "Объяснение термодинамики"

Предлагается нестандартный подход к изложению термодинамики, с целью сделать эту теорию действительно понятной и легче запоминающейся. На основе предложенного подхода объясняются наиболее известные парадоксы и ошибки в термодинамических рассуждениях, в том числе в традиционных изложениях термодинамики. Много внимания уделяется понятию об энтропии. Объясняется связь энтропии с информацией. В заключении показываются принципиальные возможности для обхода второго начала термодинамики.

Бесплатно читать онлайн Объяснение термодинамики


© Дмитрий Коротков, 2022


ISBN 978-5-0055-8765-7

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Предисловие. Методическое

Термодинамика в настоящее время излагается как феноменологическая теория, стоящая как-бы отдельно и независимо от других разделов физики. «Начала» термодинамики никак не используют понятия о механической системе, которым обучают студентов в курсе механики, до термодинамики. Потом, при изложении статистической и молекулярной физики показывается связь между термодинамикой и механикой, но в недостаточно общем виде. Исторически термодинамика так создавалась, её основные положения были разработаны до того ка было доказано существование атомов. Однако такой порядок изложения не позволяет достигнуть максимального понимания предмета и фактически копирует из поколения в поколение студентов поверхностный уровень понимания, который только и может дать феноменологическая теория. Для максимального понимания термодинамики необходимо изменить структуру её изложения, выстроив её на основе других аксиом, которые сильнее связывают термодинамику с механикой и другими разделами современной науки. Это можно сделать, если в основу термодинамики положить понятия о рассеивающей системе и неупорядоченном взаимодействии. Эти понятия интуитивно понятны из повседневного опыта. Такое изложение термодинамики представлено в данной книге.

Изложение строится по аналогии с классической механикой, в начале которой говорится: «существуют инерциальные системы отсчёта», затем даётся их определение и формулируются все законы механики – для них и только для них. Аналогично для термодинамики вначале говорится: «существуют рассеивающие механические системы», затем даётся их определение, а всё остальное в термодинамике (в. т. ч. её «начала») выводится для этих и только для этих систем.

В традиционном изложении термодинамики есть похожее базовое понятие о стремлении любой «макроскопической» системы к состоянию равновесия. Этот процесс называют «релаксация». Однажды это понятие было сформулировано как «минус первое начало термодинамики» (в связи с тем, что номер «0» до этого уже был занят под одно из «новых начал»). Но это не эквивалентно изложению термодинамики, представленному в данной книге. Традиционно в термодинамике «система» и «равновесное состояние» понимаются предельно обобщённо, надеясь таким образом построить термодинамику, как «теорию всего». К сожалению, здесь «термодинамическая мысль» совершила типовую логическую ошибку, называемую: «попытка доказать слишком много». Вообще, чем более обобщённую теорию мы пытаемся построить, тем меньше конкретики мы можем сказать о той реальности, для которой мы пытаемся строить теорию. В пределе для «теории всего», можно в основном утверждать только то, что это «всё» существует.

Механизмы «релаксации» в реальных физических системах – явление исключительной важности для нашей жизни. Поэтому их полезно включить в теорию, и в данной книге это сделано. Сейчас это легко можно сделать, в отличие от 19-го века, когда создавалась термодинамика и ещё не было доказано существование атомов.

Нельзя сказать, что изложение термодинамики, представленное в данной книге, – это нечто абсолютно новое. Похожее понимание термодинамики, насколько я могу судить, имеется у многих физиков. В классическом учебнике [8] формулируются ограничения применимости термодинамики для реальных систем. В книгах к.ф-м. н. С.Д. Хайтуна, описаны проблемы с пониманием в термодинамике темы «второго начала» и энтропии (см., например, [10]), перекликающиеся с изложенным в данной книге. Ещё пример: в журнале для школьников «Квант» №3 за 2002 г. была опубликована статья С. Варламова: «Тепловые свойства воды», объясняющая теплоёмкость на основе степеней свободы, что полностью согласуется с подходом данной книги. Однако в университетских курсах термодинамики по-прежнему вначале пытаются построить «теорию всего» и «доказать слишком много», а потом делают из этого «всего» различные исключения. Об этом свидетельствует и традиционный язык изложения термодинамики, в котором часто употребляется выражение «макроскопическая система», хотя уже давно известны макроскопические системы, даже из многих частиц, которые не подчиняются законам термодинамики, например, плазма [8].

При написании данной книги, кроме постановки идеи рассеяния во главу угла, были обнаружены и другие интересные положения термодинамики, которые следовало бы изложить не так, как это делается традиционно. При этом основные результаты термодинамики остаются в силе, но они становятся более понятными, а также становятся понятными условия их применимости к реальному миру.

Данная книга не претендует на полноту изложения термодинамики и объясняет только её основы. Специальные и прикладные разделы термодинамики можно изучать по имеющейся литературе. С учётом информации данной книги, эта литература будет гораздо более понятна.

Данную книгу рекомендую читать не торопясь, т.к. плотность информации в ней высокая и стиль изложения в основном научный. Также призываю читать книгу критически. Эта книга не имеет официального статуса учебного пособия. Мои попытки получить содержательную критику на неё у авторитетных специалистов по термодинамике мало к чему привели. Было несколько частных бесед, с отзывами в целом неотрицательными. Я далее не вижу смысла тратить на это время и публикую эту книгу в надежде на широкий охват заинтересованных читателей. Отзывы и критику прошу направлять по адресу электронной почты kdmpubpro на yandex.ru.

После публикации в текст внесены правки от 20.05.2022 г., состоящие в улучшении ясности изложения некоторых мест и исправлении опечаток.

1. Основные понятия

Термодинамика описывает общие законы поведения механических систем с очень большим количеством степеней свободы. Степени свободы – это независимые друг от друга элементарные движения системы. Количество степеней свободы соответствует количеству независимых переменных (координат), полностью описывающих положение системы. Обычно термодинамика рассматривает систему из множества частиц, каждая с некоторым количеством своих степеней свободы. При этом термодинамика отказывается от описания движения каждой частицы системы или каждой степени свободы в отдельности.

В традиционном изложении термодинамики также используется термин «степени свободы», но там это переменные, требуемые для обобщённого описания системы: температура, давление и т. п. В текущем изложении термодинамики степени свободы понимаются в классическом общемеханическом смысле. Например, это координаты положения и ориентации всех частиц системы.


С этой книгой читают
Познавательная значимость содержимого настоящей книги обусловлена возвратом бесконечности в картину мира и принципом динамического равновесия, выявляемого в самих основах мироздания. Этого достаточно, чтобы избавить нынешнее естествознание от общей беды – отсутствия осмысливаемой природы начал фундаментальных наук, будь то природа числа для математики; элементарных частиц – для физики; периодичности элементов – для химии; организма – для биологии
В книге приведено рождение, превращения, уничтожение и определение субстанции энергии и Законы природы. Наглядно показана работа действия отдельных компонентов энергии, которые структурируют и производят материю – интеграция вещества. Обратный процесс – дезинтеграция вещества – приводит к освобождению энергии. Дезинтеграция вещества и уничтожение энергии происходит с помощью холодной безмассовой плазмы. Даны механизмы, порождающие различные виды
Мировоззренческое эссе в трёх томах о всеединстве мира в его многообразии и в правящих в нём законах и силах, а также о том, как корни любой житейской или социальной проблем уходят в начала начал, откуда всё и вышло. В первом томе, названным мной Всеединством, раскрывается единосущность творца мироздания с его творением, где мироздание есть суть энергия в разнообразных своих формах, а творцом выступает органически присущий энергии закон самострем
Книга затрагивает проблемы общей экологической напряженности земной среды, предоставляя право читателю серьезно поразмышлять и сделать свои собственные выводы. В ней также раскрывается суть и причинность возникновения на Земле любых явлений, в том числе и второго пришествия Христа, разъясняются секреты произведенных им в свое время чудес с точки зрения современной науки.
Перейти дорогу – это просто! Даже для ребёнка. Самые важные правила – они все здесь, в книге! А ваш сын или дочка легко запомнят простые и очень важные правила поведения пешехода. Стихи читаются легко и запоминаются надолго, поэтому их всегда можно «взять с собой в дорогу» – в голове, конечно. В нужный момент они точно подскажут ребёнку, как ему действовать на проезжей части. Почитайте с малышом!
Документ эпохи. Бывает так, что попытка становится пыткой. Роман о времени, когда жизнь вынуждает подростков задумываться о ее смысле и вечных ценностях, так как у взрослых не осталось на это ни времени, ни сил.Философские рассуждения оттеняют витражи из фантастики и натурализма. Главный герой должен выдержать испытание, выпавшее на его долю после встречи с неизведанным. Книга, написанная в 2009 году, не потеряла своей актуальности и в 2018-ом. Т
Моя жизнь отражена в этих стихах. Поэзия – тот род искусства, который может двумя-тремя словами показать всю внутреннюю и внешнюю силу человека. Читатель познакомится с моими радостями и невзгодами, переданными посредством поэзии.
Здесь представлены незатейливые приколы старшего и младшего поколения нашей семьи. Мы – среднестатистическая российская семья. Настолько среднестатистическая, что все 50 на 50. Половина мужского пола, половина женского. Среднего класса со средним доходом .Половина взрослых с высшим образованием, половина без. Технари и гуманитарии. Физики и лирики. Но, сплошь сангвиники и холерики. Что радует. Ни одного меланхолика и флегматика не обнаружилось. М