Основы термодинамики и кинетики химических реакций Иноземцев Н.В. (1013665), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

Таким образом, полученный выше принцип возрастания энтропии, представляющий собой общее выражение второго закона термодинамики для необратимых процессов, теперь может быть дополнен принципом постоянного рассеивания энергии. Общее количество энергии при этом, конечно, остается постоянным. Из анализа всех естественных процессов в окружающей нас пр|ироде следует, что все они являются процессами, обладающими той или иной необратимостью; поэтому, если, нашу вселенную рассматривать изолированной системой и предполагать, что во всех частях этой вселенной происходят процессы аналогичные наблюдаемым нами на земле, то к такой системе приложимы все те выводы, которые мы получили выше.

При этих условиях конечным результатом бесчисленных необратимых процессов, происходящих во вселенной, является превращение всего запаса энергии вселе|нной в теплоту прн равномерной температуре, т. е. полное обесценивание энергии, сопровождающееся увеличением энтропии.

Все это позволило Клаузкусу высказать его знаменитую формулу — «энтропия мира стремится к максимуму> и притти к выводу об одностороннем изменении всех естественных процессов и приближении вселенной «к некоторому мертвому состоянию инерции». Физический идеализм делал из второго закона термодинамики свои выводы. Идеализм полностью принял второй закон, отрицая наличие в природе процессов, компенсирующих его действие, и' прншел к выводу об однократном существовании мира и его неизбежной гибели — тепловой смерти. Не трудно видеть, что подобные утверждения о конечности вселенной и ее неизбежной гибели утверждают вместе с тем и момент ее начала, т.

е, «сотворения». Диалектический материализм с такими выводами, конечно, согласиться не может. «Идеализм философский, — писал Ленин,— есть дорога к поповщине». Поэтому выводы о «начале» мира, его «сотворении> и гибели заранее можно считать абсолютно исклю- 48 ченными и всякую теорию, ведущую к таким выводам, неприемлемой. Выводы Клаузвуса встречают возражения и по существу вопроса. Прежде всего следует отметить, что распространение свойств изолированной системы на всю вселенную не является обоснованным и правильным.

Нельзя распространять действие второго закона термодинамики, дающего верные результаты в условиях человеческого опыта, на всю вселенную, являющуюся бесконечной. Далее следует иметь в виду, что в различных частях этой бесконечной вселенной состояние материи может резко отличаться от состояния, которое мы наблюдаем в наших земных условиях. В частности, в пространствах, не исследованных нами, материя, например, газы, могут на~ходиться в сильно разреженном состоянии, н иногда, очевидно, эти, пространства будут представлять собой микроскопические системы. Исследования Больцмаиа, Смолуховского и др.

показывают, что рассмотрение процессов с точки зрения молекулярной кинетической теории приводит к статистическому толкованию принципа возрастания энтропии. В связи с этим рост, энтропии при необратимых процессах не является вовсе обязательным. а только наиболее вероятным результатом изменения системы. Отсюда вытекает, что второй закон термодинамики не является законом абсолютным, он справедлив лишь для макропроцессов, в которых участвуют видимые тела, состоящие из громадного числа молекул, и совершенно не обязателен в микроскопических системах, состоящих из небольшого числа молекул. Исследования, построенные на молекулярной статистике, показывают, что направление процессов в микроскопических системах может быть прямо противоположным направлению процессов в наших земных условиях.

Отсюда устанавливается возможность уменьшения энтропии в естественных процессах. Замечательным подтверждением правильности этой теории является, так называемое, Броуновское движение взвешенных твердых частиц в жидкости. В факте Броуновского движения практически, осуществляется теория Больцмана, так как здесь нестройное движение водяных молекул превращается в стройное движение частиц, более вероятное движение переходит в менее вероятное. из хаоса образуется гармония — энтропия уменьшается, и мир делает шаг не по пути к своей гибели, а в обратном направлении.

Таким образом устанавливается, что уравнение (57)' д5) О, из которого, собственно, и был получен принцип возрастания энтропии с его обобщениями, приведшими, в конечном счете, к положениям о неминуемой гибели мира, нельзя рассматривать как 4 и. В. инозе1мев 49 нечто абсолютное, Процессы, сопровождающиеся уменьшением энтропии в природе, вовсе не невозможны, как это утверждалось ранее на основании этого уравнения.

В мире происходят не только процессы рассеивания энергии, превращения гармонических движений в хаос, но должны происходить и обратные процессы — воссоздания энергии, процессы, превращающие нестройное движение в стройное, гармоническое. Энгельс в «Диалектике пряроды» неоднократно возвращается к вопросу о тепловой смерти и неизбежной необходимости превращения хаоса в гармонию: «Материя, — пишет Энгельс, — движется в вечном круговороте, завершающем свсю траекторию в такие промежутки временк, для которых наш земной год не может служить достаточной единицей...

Но, как бы часто и как бы безжалостно ни совершался во времени н в пространстве этот круговорот, сколько бы бесчисленных солнц и земель ни возникало и ни погибало; как бы долго ни приходилось ждать, пока в какой-нибудь солнечной системе, на какой- нибудь планете не появятся условия, необходимые для органической жизни, сколько бы бесчисленных существ ни должно было погибнуть и возникнуть, прежде чем из их среды разовьются животные с мыслящим мозгом, находя на короткий срок пригодные для своей жизни условия, чтобы затем быть тоже истребленными без милосердия, — мы все же уверены, что материя, во всей своих превращениях остается вечно одной и той же, что ни один из ее атрибутов не может погибнуть и что поэтому с той же самой железной необходимостью, с какой она некогда истребит на земле свой высший цвет — мыслящий дух, она должна будет его снова породить где-нибудь в другом месте 'и в другое время».

Таковы выводы Энгельса. Не трудно заметить, что эти выводы, построенные на основных положениях философского материализма, уничтожают всеобщность формулы Клаузиуса — «энтропия мира стремится к максимуму» и устраняют возможность тепловой смерти вселенной. В противовес здравому смыслу, в противовес диалектике, Клаузнуо метафизически, изолированно подошел к анализу явлений в природе, вне связи с окружающими явлениями во всей вселенной, без учета возможных изменений в недосягаемых нами пространствах н пришел к бессмыслице.

Природа изменяется не метафизически, она движется не в вечно однородном, постояннно повторяющемся, круге, а переживает действительную историю. Поэтому в бесконечной вселенной осуществляются не только процессы, подчиненные условиям окружающей нас среды, т. е. процессы, ведущие к возрастанию энтропии н рассеиванию энергии, но в грироде должны быть такие изменения, которые превращают излученную теплоту «в такую форму движения, в которой она снова начнет функционировать».

Другими сло- 50 вами, в бесконечной вселенной, существующей бесконечное время, должны существовать процессы, сопровождающиеся уменьшением энтропии и концентрацией энергии. До настоящего времени наука не может с полной уверенностью назвать процессы, ведущие к воссозданию энергии. Однако, в настоящее время существует целый ряд гипотез (Нернста, Мюлликена) о существовании и ароисхождении во вселенной подобных процессов.

Не касаясь существа этих гипотез, можно отметить, что процессы противоположные нашим следует искать в условиях, отличающихся от условий нашей среды, например, в межзвездных пространствах с ничтожными давлениями и температурами, хотя не исключается возможность существования подобных процессов и в наших земных условиях. И если такие процессы в скором времени будут обнаружены, то они уточнят пределы:приложимости второго закона термодинамики, указав те границы, в пределах которых закон возрастания энтропии остается справедливым и вне которых он меняется на прямо противоположный, и явятся опытным подтверждением справедливости высказанной Энгельсом идеи о компенсации процессов и несостоятельности идеалистической, реакционной теории о приближении вселенной к мертвому состоянию инерции, т. е.

тепловой смерти. Таковы, в кратких словах, основные положения второго закона термодинамики. Более подробное изложение этого закона следует искать в общих курсах технической термодинамики. й 11. Характеристические функции Характеристическими, или термодинамическими, функциями называются такие функции, через частные производные которых наиболее просто, и прн том в явной форме, могут быть выражены термодинамические свойства системы. С помощью этих функций оказывается возможным находить также условия равновесия в системе. Как указывалось выше, самопроизвольное протекание процессов в наших условиях возможно лишь в одном направлении.

Эта однозначность в направлении самопроизвольно идущих процессов приводит, как известно, к так называемой необратимости превращений. Наиболее ярким примером такой необратимости является процесс теплообмена между двумя телами разной температуры. Поскольку все наблюдаемые нами процессы в той или,иной степени подчиняются закону необратимости, т. е. самопризвольно идут в сторону достижения равновесия, то одни состояния у системы более вероятны, чем другие, и система самопроизвольно стремится притти к этим более вероятным состояниям.

Поэтому было бы логичным н полезным найти такую функцию, которая являлась бы мерилом этой вероятности. Очевидно, боль- з: 51 (60) В случае необратимого процесса' ЫЯ ) —. Ф~ Т (61) Если принять во внимание знаки, принятые нами в термохимии (тепло, сообщенное системе, имееа отрицательный знак), уравнения (60) и (61) примут вид: а'Я = —— й;> Т ИЯ ) — —. ИЯ (63) Т (62) Кроме того, согласно первому закону термодинамики, — ЛУ = й;1+ЫА.

Характеристики

Список файлов книги