Действие второго начала термодинамики и законов распределения

Второе начало термодинамики (второе начало) имеет несколько формулировок. Одна из них: перпетуум мобиле второго рода построить нельзя. Перпетуум мобиле второго рода – вечный двигатель второго рода – тепловая машина, которая все тепло, получаемое от сжигания топлива переводит в работу, то есть такая машина, у которой коэффициент полезного (КПД) действия равен 100% . Оказывается машину с КПД равным 100% нельзя построить в принципе. Все машины – машины реальные. Французский механик Сади Карно ввел понятие их идеала (идеальной тепловой машины). Идеальной машины на практике не существует, как и в общественной жизни: полностью идеальных людей не бывает, но к идеалу надо стремиться. Идеальную машину так же нельзя построить с КПД 100%. Существует и вечный двигатель первого рода (перпетуум мобиле первого рода), под которой понимается тепловая машина, которая совершает работу без затрат энергии. И такую машину построить нельзя, хотя делаются попытки ее построить.

Оказывается в физике узаконено, что часть тепла тепловая машина обязательно должна терять! А сколько минимально следует терять? Столько, сколько теряет идеальная тепловая машина, но такая машина, как указывалось выше, в природе не существует, но к ней можно сколько угодно близко приблизиться.

Следующая формулировка второго начала излагается с использованием понятия энтропии, изменение которой находится по формуле

, (1)

где - изменение тепла при абсолютной температуре.

Формулировка второго начала с привлечением энтропии: самопроизвольно процессы в природе протекают в направлении возрастания энтропии (если не считать флуктуаций, о которых мы писали в «ДВ»). Если ввести цену тепла, то процессы в природе самопроизвольно протекают в направлении обесценивания тепла (тепло – мера изменения внутренней энергии), то есть

, (2)

где - цена тепла. В данной формуле мы сохранили и знак равенства, что справедливо только для идеального случая. Второе начало действует и в биологических процессах, и в общественной жизни люде.

Биологический объект это и тепловая машина.

В этом столетии предполагается полет на Марс. Длительный будет полет. Некоторые фантазируют о том, что будет разработана такая пища, которая полностью будет усваиваться человеческим организмом, то есть в космическом аппарате туалет не потребуется. Но это не так! Без туалета никак нельзя, как того требует второе начало. Существуют микроскопические образования – вирусы. Они так же ходят по нужде!

Если рассматривать общественную жизнь людей, то второе начало является основой инфляции. Явление инфляции – закономерное явление. Имеется по крайней мере две социальные системы: социалистическая и капиталистическая. При социализме вы приходите в магазин и покупаете товар, например, булки хлеба. Платите 20 коп. за булку. Приходите через месяц – платите 20 коп. за булку, приходите через год – платите 20 коп…. В формуле (2) следует оставить знак равенства, то есть в этом случае формула (2) представится в виде:

Как было сказано выше, знак равенства ставится только для идеальной системы. Такие системы в природе не существуют. Таким образом, социалистическая система – идеальная система. Сама собой она существовать не может, необходимы усилия для ее поддержания.

При капитализме вы приходите покупать те же булки хлеба. В первый месяц цена булки - 3 руб., через месяц цена булки - 4 руб., через два месяц – 5 руб….

Здесь знак неравенства. Это есть реальная система, процесс совершается самопроизвольно, без насилия.

Второе начало основа старения: телевизор когда-то перестанет работать, автомобиль со временем сгниет, заржавеет…

Поскольку этот закон объективный, то им следует умело пользоваться!

В Японии работал корреспондентом Цветов, который периодически по телевидению сообщал из Японии об организации их производства, экономике, политике…Беседовал он и с руководством фирмы «Шарп», в которой каждый сотрудник должен вносить рационализаторские предложения с целью повышения эффективности работы фирмы. У некоторых такие предложения приносили эффект, а у других нет. Но всем шла дополнительная плата. Естественно, тем, у которых предложение проходило, получали хорошее вознаграждение, а те, у которых оно не внедрялось, также получали вознаграждение, хотя и символическое. Цветов поинтересовался у руководства о том, что они в этом случае выбрасывают деньги на ветер. Но руководство на это ответило, что высококачественную сталь нельзя получить без шлака.

Следующим фундаментальным законом природы являются законы распределения.

Например, в физике существует закон Максвелла – закон распределения молекул газа по скоростям. С какими скоростями движутся молекулы ,например, воздуха в комнате? С разными. Имеется ряд молекул, скорости которых в данное мгновение равны нулю, у других - чуть отличны от нуля, имеются и молекул, скорости которых достаточно большие…В общем в данном газе можно отметить любые скорости. Нагреем газ. Что изменится? В этом газе имеются молекулы, у которых в данный момент скорости равны нулю. Найдутся молекулы, скорости которых чуть отличны от нуля, найдутся и такие молекулы, скорости которых достаточно большие… Так чем отличаются два состояния данного газа? Отличие имеется и оно существенное. Отличаются они средними скоростями, с которыми движется наибольшее число молекул.

Чтобы понятнее был закон распределения, приведем пример из общественной жизни.

Рассмотрим массовый спортивный забег из пункта А в пункт Б. Вначале побежали все курсанты военного училища. Ребята тренированные, их постоянно заставляют бегать на различные дистанции. Через некоторое время найдется ряд курсантов, которые сойдут с дистанции на обочину и начнут перематывать портянки, натерли ноги, образовались мозоли. Будут курсанты, которые хромают, но бегут, вот - вот остановятся. Естественно, найдутся и те, которые убегут далеко (спортсмены). Но имеется и такая скорость, с которой будет перемещаться наибольшее число курсантов. График распределения дан на Рис.1 (кривая 1) .