Термодинамика как наука официально зародилась очень давно, на территории Древнего Востока, а затем интенсивно развивалась в европейских странах. В научных постулатах в течение длительного периода времени оставался недостаточно изученным вопрос о взаимоотношениях части и целого. Как стало ясно в середине 20 столетия, всего один элемент способен преобразовать целое совершенно неожиданным образом.
Рисунок 1. Нулевой закон термодинамики. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Из классической термодинамики вытекает, что изолированные системы в соответствии со вторым термодинамическим началом, подходя для необратимых процессов. Энтропия концепции возрастает до тех пор, пока не достигнет своего максимального показателя в состоянии абсолютного равновесия. Рост указанного фактора сопровождается значительной потерей информации о самой системе.
Статья: Нулевое начало термодинамики
Со временем открытия первого закона термодинамики возник вопрос о том, как можно согласовать стремительное возрастание энтропии в замкнутых системах с явлениями самоорганизации в неживой и живой природе. Долгое время физики считали, что существует существенное противоречие между выводом второго закона термодинамики и выводами эволюционной гипотезы Дарвина, согласно которой во всех организмах на планете происходит процесс самоорганизации благодаря принципу отбора. Как итог такого развития нелинейной термодинамики появилась новая научная дисциплина.
Синергетика - наука об устойчивости и самоорганизации структур различных сложных неравновесных концепции.
Основными критериями в указанной системе являются:
- физические;
- химические;
- биологические;
- социальные.
Разногласия между законами термодинамики и примерами высокоразвитого мира было разрешено с появлением нулевого термодинамического начала и последующим развитием неравновесной нелинейной термодинамики. Ее еще называют в физике термодинамикой открытых стабильных систем. Большой вклад в становление этого научного направления науки внесли П. Гленсдорф, И. Р. Пригожин и Г. Хакен. Бельгийский исследователь русского происхождения Пригожин за работы в указанной сфере в 1977 году стал лауреатом Нобелевской премии.
Формирование нулевого начала термодинамики
Нулевое начало термодинамики, которое было впервые сформулировано всего около 50 лет назад, представляет собой в основном полученное «задним числом» логическое описание для введения определения температуры физических тел. Температура является одним из самых важных и глубоких понятий термодинамики. Именно этот параметр играет столь же важную роль в термодинамических системах, как и сами процессы.
Впервые нулевое начало термодинамики заняло центральное место в физике в виде совершенно абстрактной формулировки, которое пришло на смену введенному еще во времена Ньютона определению силы - на первый взгляд более «осязаемому» и конкретному, а к тому же успешно «математезированному» учеными.
Нулевое начало термодинамики получило такое название потому, что оно было представлено и описано уже после того, как первый и второй законы вошли в число вполне устоявшихся научных понятий. Согласно данному постулату, любая изолированная система с течением времени самостоятельно переходит в состояние термодинамического равновесия, а затем остаётся в нём в течение такого периода, пока внешние факторы сохраняются неизменными. Нулевое начало термодинамики также называется общим началом, предполагающим наличие постоянного равновесия в системе механического, теплового и химического происхождения.
Также классические термодинамические принципы постулирует только существование состояния абсолютного равновесия, но ничего не говорят о времени его достижения.
Необходимость и значимость начал термодинамики непосредственно связана с тем, что этот раздел физики детально описывает макроскопические показатели систем без конкретных предположений относительно их общего микроскопического устройства. Вопросами внутреннего устройства занимается наука о статике.
Термодинамические системы в нулевом начале
Рисунок 2. Термодинамика. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Для определения термодинамических систем в нулевом начале необходимо рассмотреть две концепции, разделенные между собой теплопроводящей стенкой. Они расположены в стабильном, тепловом контакте. В силу наличия состояния неизменного равновесия, рано или поздно наступает момент, когда обе системы будут находится в этом состоянии сколь угодно. Если внезапно разорвать тепловой контакт и изолировать движущиеся элементы, то их состояние остается прежним. Любая третья термодинамическая концепция, не изменяющая собственной позиции при тепловом контакте, не поменяет положение, даже при длительном контакте.
Это означает, что в термодинамике существует общая для всех трех систем особенность, которую возможно сопоставить не какому-то отдельному процессу, а самому состоянию термодинамического равновесия. Эту характеристику принято называть температурой, количественную величину которой определяют по значению активного механического параметра, в виде объема определенной системы. Такой критерий в таком случае может быть назван термометром.
Более широко принципы нулевого начала термодинамики можно понимать, как понятие о существовании в окружающем мире предметов, к которым применима сама наука термодинамика. Нулевое термодинамическое начало гласит, что соответствующая система не может быть слишком маленькой или очень большой— число частиц, которые ее формируют, соответствует порядка параметров Авогадро.
Действительно, показатели едва заметных концепций всегда подвержены значительным колебаниям. Огромные системы, например, «половина Вселенной» или переходят в равновесное состояние за астрономически большие отрезки времени либо вовсе не имеют его. Из факта существования термодинамических систем возникает понятие, являющееся главным для всего дальнейшего изучения.
Речь идет о вероятности введения для систем в термодинамике понятия температуры.
Тепловое равновесие в нулевом начале термодинамики
Рисунок 3. Тепловое равновесие. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В современной литературе в нулевое начало зачастую включают постулаты о свойствах теплового стабильного равновесия. Эта величина может существовать между действующими системами, которые разделены неподвижной теплопроницаемой перегородкой, позволяющей элементам обмениваться внутренней энергией, но не пропускающей иное вещество.
Положение о транзитивности теплового равновесия гласит, что если два рабочих тела, разделенные диатермической перегородкой и находящиеся в равновесии между собой, то любой третий объект автоматически начинает взаимодействовать с ними и получают определенное количество теплового равновесия.
Другими словами, если две замкнутые системы в нулевом начале термодинамики привести в тепловой контакт друг с другом, то после достижения стабильного равновесия все активные элементы будут находиться в состоянии теплового равновесия друг с другом. При этом каждая из концепций сама по себе находится в аналогичном положении.
В иностранных тематических изданиях часто нулевым началом называют сам закон о транзитивности теплового равновесия, где основные положение о достижении абсолютного равновесия могут называться «минусами первых» началом. Значимость постулата о транзитивности заключается в том, что он позволяет ученым ввести конкретную функцию состояния системы, обладающую важными свойствами эмпирической температуры. Это помогает создавать приборы для измерения температуры. Равенство указанных показателей, измеренных посредством такого устройства — термометра, есть ключевое условие теплового равновесия концепций.
