XVII – XIX

И.Ньютон (1643 – 1727). «Оптика или трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света» 1704.

Основные модели:

Основные принципы, идеи, законы:                  

Законы фотоэффекта и уравнение Эйнштейна

Дискретный характер излучения и поглощения света

Корпускулярно-волновой дуализм

Основные явления:        Классические опыты и эксперименты:

Фотоэффект          Опыты Столетова 1888-1889 по облучению конденсатора с сеткой ультрафиолетом

Эффект Комптона          Опыт Комптона 1922 по рассеиванию рентгеновского излучения на кристаллах

Фотохимические реакции:            

• фотосинтез,         

• фотография,              

• обесцвечивание

12. Порядок и беспорядок в природе. Динамические и статистические закономерности в природе

Термодинамика - наука о наиболее общих свойствах макроскопических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, и о процессах перехода между этими состояниями.

Формы энергии:

• тепловая,

• химическая,

• механическая,

• электрическая

Термодинамическая система:

• состоит из огромного количества частиц;

• совокупность физических тел, которые могут взаимодействовать между собой и с другими телами, а также обмениваться с ними веществом и энергией;

• подчиняется в своем поведении статистическим закономерностям, проявляющимся на всей совокупности частиц;

• может быть любой областью пространства, ограниченной действительными или воображаемыми границами.

Состояние термодинамической системы определяется физическими свойствами вещества.

Термодинамическое равновесие  - состояние, в котором:

• все макроскопические параметры системы с течением времени не меняются;

• в системе отсутствуют стационарные потоки теплоты и вещества.

Внутри равновесной системы продолжаются микроскопические процессы: изменяются положения молекул и их скорости при столкновениях.

Неравновесное состояние термодинамической системы - состояние, в котором хотя бы один из параметров не имеет определенного значения при неизменных внешних воздействиях.

Пространство, смежное с границей системы, называется внешней средой. У всех термодинамических систем есть среда, с которой может происходить обмен энергии и вещества.

Изолированная система - система, которая не обменивается с внешней средой энергией и веществом.

Закрытая система - система, которая не обменивается с внешней средой веществом.

Открытая система - система, которая обменивается веществом и энергией с другими системами.

Обратимый процесс - процесс перехода системы из одного состояния в другое, допускающий возможность возвращения её в первоначальное состояние через ту же последовательность промежуточных состояний, но проходимых в обратном порядке.

Необратимые процессы - физические процессы, которые могут самопроизвольно протекать только в одном определённом направлении, являются неравновесными процессами. В замкнутых системах необратимые процессы сопровождаются возрастанием энтропии. В открытых системах (которые могут обмениваться энергией или веществом с окружающей средой) при необратимых процессах энтропия может оставаться постоянной или даже убывать за счёт обмена энтропией с внешней средой. Однако во всех случаях остаётся положительным производство энтропии, т. е. её возрастание в системе за единицу времени из-за наличия необратимого процесса.

Основные положения классической термодинамики

Первое начало (закон сохранения энергии):

1. Энергия не возникает из ничего и не исчезает никуда.

2. Количество теплоты, полученное системой, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение работы системой.

Q = ΔU + А, где Q – количество теплоты, ΔU - изменение внутренней энергии системы, A – работа, совершенная системой.

3. Невозможно создание вечного двигателя I рода.

Второе начало (о необратимости тепловых явлений):

1. Энтропия замкнутой термодинамической системы возрастает («стрела времени») и достигает максимума в точке теплового равновесия. dS_i ≥ 0

2. Невозможно получение работы за счет энергии тел, находящихся в термодинамическом равновесии. (Невозможно создание вечного двигателя II рода).

3. «Невозможен процесс, единственным результатом которого являлась бы передача тепла от более холодного тела к более горячему» (постулат Клаузиуса)

4. «Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет охлаждения теплового резервуара» (постулат Томсона).

Второе начало  термодинамики:

• принцип направленности теплообмена (от горячего к холодному).

• принцип неизбежного понижения качества энергии и повышения энтропии.

• принцип нарастания беспорядка и разрушения структур.

Третье начало (теорема Нернста):

Энтропия всякого тела стремится к нулю при стремлении к нулю его температуры.

Нулевое начало (постулат существования температуры):

Для каждой термодинамической системы существует состояние термодинамического равновесия, которое она при фиксированных внешних условиях достигает.