конспект лекций ксе. Тема 1. Эволюция научного метода и естественнонаучной картины мира
 Скачать 108.51 Kb.
|
2 Концепция квантовой механикиКвантовая механика изучает законы поведения микрочастиц (атомов, элементарных частиц и т.д.) Квантовая механика — раздел теоретической физики, описывающий физические явления, в которых действие сравнимо по величине с постоянной Планка. Теоретическая физика — раздел физики, в котором в качестве основного способа познания природы используется создание математических моделей явлений и сопоставление их с реальностью. Теоретическая физика является самостоятельным методом изучения природы. Постоянная Планка — основная константа квантовой теории, коэффициент, связывающий величину энергии кванта электромагнитного излучения с его частотой так же, как и вообще величину кванта энергии любой линейной колебательной физической системы с еѐ частотой. Квант — неделимая порция какой-либо величины в физике. Квант от латинского слова – сколько. Поскольку постоянная Планка является чрезвычайно малой величиной по сравнению с действием макроскопических объектов, квантовые эффекты в основном проявляются в микроскопических масштабах. Если физическое действие системы намного больше постоянной Планка, квантовая механика органически переходит в классическую механику. Классическая механика, хорошо описывающая системы макроскопических масштабов, не способна описать все явления на уровне молекул, атомов, электронов и фотонов. Квантовая механика адекватно описывает основные свойства и поведение атомов, ионов, молекул, конденсированных сред, и других систем с электронно-ядерным строением. Атомы излучающего тела отдают электромагнитную энергию порциями (квантами). Свет не только излучается, но распространяется и поглощается квантами (кванты света – фотоны, существуют только в движении). Свет одновременно обладает и корпускулярными (квантовыми) и волновыми (электромагнитными) свойствами. Каждый микрообъект проявляет себя одновременно и как частица (имеющая импульс и энергию) и как волна (с частотой и длиной волны). Принцип неопределенности говорит о том, что если бы нам удалось абсолютно точно установить местоположение квантовой частицы, о ее скорости мы бы не имели ни малейшего представления; если бы нам удалось точно зафиксировать скорость частицы, мы бы не имели понятия, где она находится. Принцип неопределенности не утверждает, что у квантовых частиц отсутствуют определенные координаты и скорости – он утверждает лишь, что мы не в состоянии достоверно узнать и то и другое одновременно. Квантовомеханический принцип дополнительности - результаты, полученные в разных экспериментах, не могут быть связаны в единую картину, но они необходимы для исчерпывающего описания квантового объекта. В квантовой механике объекты описываются, так называемой, волновой функцией – когда гребень «волны» соответствует максимальной вероятности нахождения частицы в пространстве в момент измерения. Принципиальные отличия квантовой механики от классической механики заключаются прежде всего в том, что: ее законы являются статистическими по своей природе ее предсказания имеют вероятностный характер. 3 Принцип возрастания энтропииТеплотехникой называется наука, изучающая методы использования энергии топлива, законы процессов изменения состояния вещества, принципы работы различных машин и аппаратов, энергетических и технологических установок, Теоретическими основами теплотехники являются термодинамика и теория теплообмена. Термодинамика опирается на фундаментальные законы (начала), которые являются обобщением наблюдений над процессами, протекающими в природе независимо от конкретных свойств тел. Первый закон термодинамики является обобщением закона сохранения и превращения энергии для термодинамической системы. Первый закон термодинамики - изменение ΔU внутренней энергии неизолированной термодинамической системы равно разности между количеством теплоты Q, переданной системе, и работой A, совершенной системой над внешними телами. ΔU=Q-A Второй закон термодинамики, являясь важнейшим законом природы, определяет направление, по которому протекают термодинамические процессы, устанавливает возможные пределы превращения теплоты в работу при круговых процессах, позволяет дать строгое определение таких понятий, как энтропия, температура и т.д. В качестве третьего начала термодинамики принимается принцип недостижимости абсолютного нуля. При переходе теплоты от более горячего тела к более холодному температуры тел постепенно выравниваются и становятся едиными для обоих тел – наступает состояние термодинамического равновесия. Принцип возрастания энтропии справедлив для любой изолированной системы. Всякие естественные процессы сопровождаются возрастанием энтропии Вселенной; такое утверждение часто называют принципом энтропии. Энтропия характеризует условия, при которых запасается энергия: если энергия запасается при высокой температуре, ее энтропия относительно низка, а качество, напротив, высоко. Возрастание энтропии является характерным признаком естественных процессов и соответствует запасанию энергии при более низких температурах. Принцип возрастания энтропии сводится к утверждению, что энтропия изолированных систем неизменно возрастает при всяком изменении их состояния и остается постоянной лишь при обратимом течении процессов. С помощью энтропии удобно исследовать не только тепловые процессы, но и рассматривать процессы преобразования других видов энергии в тепловую. Так, механическая энергия в результате трения переходит в тепловую, электрический ток нагревает проводники тока, электромагнитное поле – среду, через которую оно распространяется, и т.д., т.е. все естественные процессы, в конечном счете, ведут к превращению всех видов энергии в тепловую. Под качеством энергии понимается возможность использования того или иного вида энергии для производства полезной работы. Каждому виду энергии соответствует свое значение энтропии. Значение энтропии имеет минимальное значение для энергии высокого качества и возрастает при превращении всех видов энергии в тепловую и переходу системы в термодинамическое равновесие, при котором энтропия достигает максимальной величины. Значение энтропии («превращения») характеризует меру обесценивания энергии. Возрастание растворимости веществ с повышением температуры, расслоение бензина на поверхности воды также связаны с возрастанием энтропии. Гидрофобная энтропийная сила – это изменение энтропии при выталкивании молекулы углеводородов из водного окружения. |