Жоспары Кіріспе Негізгі бөлім
жүктеу/скачать 54,16 Kb.
|
| Негізгі бөлім
1.Әлемдік дүниенің жылулық сөнуі. Ғаламның жылулық өлімі (ағылш. Heat death of the universe, қазақша "Әлемдік дүниенің жылулық сөнуі" деп те аталады), — ғаламның соңғы тағдыры туралы термодинамиканың екінші заңына негізделген болжам болып, ол бойынша оқшау жүйе ретіндегі осы ғаламның энтропиясы үздіксіз артып, термодинамикалық еркін энергиядан ада күйге ауысады да, ақыры энтропия арту процессін сақтау мүмкін болмайтын шекке жетеді. Бұл шектегі ғаламда басқа энергияның бәрі жылу энергиясына айналып қолданылып бітеді, барлық заттың жылу шамасы тепе-тең күйге жетеді. Мұндай ғаламда ендігәрі қозғалыс пен тіршілікке мүмкіндік болмайды. Жылулық бұл өлім шегі белгілі бір абсолютті температураны білдірмейді; ол тек басқа жұмыс процестерін орындауға бұдан былай температура айырмашылығы болмайтынын, бәрі тепе-тең энтропия күйінде аяқтауды білдіреді. Физика тілінде бұл ғалам термодинамикалық тепе-теңдікке жеткенде (максималды энтропия) аяқтайды. Егер ғаламның топологиясы ашық, не жазық болса, немесе егер қараңғы энергия оң космологиялық тұрақты болса (екеуі де қазіргі мәліметтерге сай келсе), ғалам мәңгі кеңейе береді, әрі жылулық өлімі пайда болады, яғни өте ұзақ уақыттан соң ғаламның сууы өте төмен температурадағы тепе-теңдікке жақындайды. 1852 жылы Уильям Томсон (Лорд Келвин) ғаламның жылулық өлімі теориясының негізін қалады. Ғаламның жылулық өлімі теориясын алғаш 1850 жылдары [Уильям Томсон] ұсынған болатын, ол жылу энергиясын табиғаттағы механикалық энергия шығыны (термодинамиканың алғашқы екі заңында көрсетілгендей) ретінде қабылдап, оны жалпы масштабтағы үлкен процестерге жеткізді, әрі энтропияның қашанда үздіксіз арту күйінде болуына негізделді. Ғаламның тұрақты массасының (rest mass) өлу механизмі 1870 жылдары айқындала бастады, Джонатан Гомер Лейннің зерттеуі бойынша, кез-келген өздік-гравитациялық денеде негативті жылу сыйымдылығы болады, олар өз массасын радиациялағанда, қалған массаның температурасы жоғарылайды: "Күн жүйесінен жылу алып, жүйе температурасы көтеріледі. Қысқаша айтқанда, күн жүйесінің жылу сыйымдылығы ΔQ/ΔT нетативті болады. Бұл таңқаларлық тұжырым тек Күн жүйесіне ғана емес, гравитациямен сақталатын барлық жүйелерге сай келеді: барлық өздік-гравитациялық жүйенің жылу сыйымдылығы теріс болады. Өздік гравитациялық дене болса ғана тұрақты жылу тепе-теңдігі бола салмайтынын оңай көрсетуге болады, өйткені негативті жылу сыйымдылығы бар жүйелердің болуы термодинамикалық тұрақсыздандыру туғызады." Өздік-гравитациялық дененің өз массасын радиациялау жылдамдығы оның беткі ауданына және температураның төрт есесіне тура пропорционал болатындықтан, мен температураның төртінші қуатының көбейтіндісіне пропорционал болғандықтан (Стефан-Больцман заңы), өздік-гравитациялық дене экспоненциалды үдеген радиациялық шығынға - гравотермалды апатқа ұшырайды. Осылайша, ғаламның тұрақты массасы (көбінесе бариондарда сақталады) өздік-гарвитациядан жоғары температураға дейін кішірейеді, сөйтіп тіпті де кіші және тіпті де ыстық бариондар экспоненциалды үдеген радиациялық "булануды" бастан кешіріп, кеңейіп бара жатқандай көрінетін қоршаған кеңістікке өтіп, ақыры жоғалады: Механикалық энергия жойылмайтын болса да, оның жұмсалуының универсал тенденциясы бар, яғни, бүкіл жүйеде жылудың біртіндеп артуы мен тарқалуы, қозғалыстың тоқтауы мен материалық ғаламның потенциалдық энергиясының сарқылуы беталысы. Потенциалды энергияның сандық факторы дегеніміз кеңістік, немесе көлем, бірақ ол массаға тең болады. Егер тұрақты масса Δm0 арқылы азаятын болса, E = c2Δm0 кинетикалық энергия туғызады. Егер біз Е кинетикалық энергия өндірілуін Е радиация энергиясы өндірілуіне алмастырсақ, жағдай ұқсас болады. Осы түрдегі аргунметті жалғастырып, біз мынадай мүмкіндікті жорамалдай аламыз: бір дененің бүкіл m тұрақты массасын энергияға айналдыруға болады. Сонда E = m0c2 энергиясы өндіріліп, дененің барлық тұрақты массасы жоғалады. 2.Нернст теоремасы. Термодинамиканың үшінші заңы ретінде де белгілі Нернст теоремасы физика мен химия салаларындағы негізгі қағида болып табылады. Бұл теореманы 1906 жылы Вальтер Нернст тұжырымдауы өте төмен температурада, абсолютті нөлдік диапазондағы заттың қасиеттерін терең түсінуді ашады. Негізгі мәлімдеме абсолютті нөлдік температурада кристалдық заттың энтропиясы минимумға жетеді, бұл молекулалардың толық реттелгенін білдіреді. Нернст теоремасы кез келген термодинамикалық процесс тұрақты Т температурада болатынын айтады, ерікті түрде нөлге жақын,Т→0 S энтропияның өзгеруімен қатар жүрмеуі керек, яғни изотермаT=0 шекті S0 адиабатамен сәйкес келеді. Теореманың бір-біріне эквивалентті бірнеше тұжырымдары бар: Энтропия S aбсолютті нөлдік температурадағы кез келген жүйенің , T=0, әмбебап тұрақты S0, ол ешқандай айнымалы параметрлерге (қысым, көлем және т.б.) тәуелді емес. Біз абсолютті нөлге жақындаған сайын, T→0, энтропия S белгілі бір S0 шекті шекке ұмтылады, жүйенің соңғы күйіне тәуелсіз. Біз абсолютті нөлге жақындаған сайын, T→0, энтропия өсімі ΔS жүйе күйінің термодинамикалық параметрлерінің нақты мәндеріне тәуелді емес және нақты анықталған соңғы шекке ұмтылады. Барлық процестер абсолютті нөлде, T=0, бұл кезде жүйе бір тепе теңдік күйден екінші тепе-теңдік күйге өтеді, энтропия өзгеріссіз жүреді. Математикалық түрде келесідегідей жазуға болады: немесе Мұндағы, x - кез келген термодинамикалық параметр, ал жақшаның астындағы әріп Т туындының тұрақты мәнде алынғанын көрсетеді. Нернст теоремасының негізгі принциптері: Абсолюттік нөл заңы: Нернст теоремасы температура абсолютті нөлге жеткенде кристалдық заттың абсолютті энтропиясы нөлге айналатынын айтады. Бұл молекулалардың жылулық қозғалысының толық тоқтатылуын және абсолютті реттелген күйге жетуін болжайтын абсолютті нөлдік температура заңы. Энтропияны азайту: Нернст теоремасының негізгі принципі абсолютті нөл кезіндегі энтропияны азайту болып табылады. Энтропия тәртіпсіздік немесе хаос өлшемі ретінде абсолютті нөлдік температурада минимумға жақындайды, бұл молекулалардың максимал тәртібіне сәйкес келеді. Термодинамиканың үшінші заңы: Нернст теоремасы термодинамиканың үшінші заңын формальды түрде өрнектейді, ол термодинамикалық процесте қадамдардың ақырғы санында абсолютті нөлдік температураға жетудің мүмкін еместігі мәселесін қояды. Кристалды заттың энтропиясы: Нернст теоремасы кристалдық заттарға қолданылатынын және аморфты немесе ретсіз күйдегі заттар абсолютті нөлде шекті энтропияға ие болуы мүмкін екенін ескеру маңызды. Термодинамикалық процестермен байланыс: Нернст теоремасы өте төмен температуралардағы термодинамикалық процестерді түсіну мен модельдеуде рөл атқарады, сонымен қатар криогендік технологиялар саласында және экстремалды жағдайларда материалдардың қасиеттерін зерттеуде қолданылады. Заманауи технологиялардағы рөлі: Нернст теоремасының принциптері қазіргі заманғы технологияларда, мысалы, асқын өткізгіштерді жасауда және криогендік құбылыстарды зерттеуде қолданылады. Бұл Нернст теоремасын қазіргі физика мен техникада түсіну және қолдану үшін негізгі элемент етеді. Сонымен, Нернст теоремасының негізгі принциптері термодинамиканың тереңдігіндегі термодинамикалық процестерді зерттеу үшін іргелі негізді қамтамасыз ететін өте төмен температурадағы заттың күйін түсінумен байланысты. 3.Әлемдік дүниенің жылулық сөнуі мен Нернст теоремасының арасындағы байланыс. 1. Нернст теоремасы және абсолютті нөл: Нернст теоремасы заттың абсолютті нөлдік температурадағы әрекетін зерттейді. Бұл энтропияның азаюына және молекулалардың ретке келтірілуіне байланысты. Ғаламның жылу өлімі контекстінде бұл теореманы жүйе максималды тәртіпсіздікке жеткен кезде Әлемдік дүниенің жылулық сөнуінің соңғы энтропиясы идеясымен байланыстыруға болады. 2. Термодинамиканың үшінші заңы және Әлемдік дүниенің жылулық сөнуі : Нернст теоремасы арқылы өрнектелген термодинамиканың үшінші заңы абсолютті нөлдік температураға жету мүмкін еместігін ескертеді. Бұл Әлемдік дүниенің жылулық сөнуі идеясымен байланысты, өйткені бұл заңға сәйкес жүйе шексіз энергияны жоғалта алмайды және соңғы нүктеде термодинамикалық тепе-теңдікке жетеді. 3. Энтропия және тәртіпсіздіктің жоғарылауы: Ғаламның термиялық өлімі термодинамикада тәртіпсіздіктің артуына тең болатын энтропияның ұлғаюымен байланысты. Абсолюттік нөлдік температурада энтропияның минимизациясын атап көрсететін Нернст теоремасын болашақта энтропияның өсу процесін талдаудың бастапқы нүктесі ретінде қарастыруға болады. 4. Әлемнің эволюциясы және тәртібі: Ғалам дамыған сайын энтропияның ұлғаюы байқалады, ал Әлемдік дүниенің жылулық сөнуі энтропия максимумға жеткенде және бүкіл жүйе максималды тәртіпсіздік күйіне өткенде соңғы күйді болжайды. Бұл абсолютті нөл кезіндегі энтропияны азайту туралы Нернст теоремасымен айтылған идеяға сәйкес келеді. Осылайша, Нернст теоремасы мен Әлемдік дүниенің жылулық сөнуі термодинамика, энтропия және жүйенің реті туралы жалпы түсініктер арқылы байланысты. Нернст теоремасы абсолютті нөлдің экстремалды шарттарына назар аударғанымен, ал ғаламның жылулық өлімі ғалам эволюциясының ақырғы болашағын болжайды, дегенмен екітұжырымдама да ақырғы энергия мен жүйедегі тәртіпсіздіктің күшеюі туралы ескертеді. жүктеу/скачать 54,16 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|