Л. Р. Родкина Е. Э. Шмакова




НазваниеЛ. Р. Родкина Е. Э. Шмакова
страница10/30
Дата публикации24.04.2013
Размер1.63 Mb.
ТипДокументы
skachate.ru > Физика > Документы
1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   ...   30
^

6.3. Контрольные вопросы


1. Какова природа света?

2. Какая существует зависимость между электрическими и магнитными свойствами среды и показателем преломления?

3. Как экспериментально была определена скорость света в вакууме?

4. Сформулируйте законы отражения света, преломления света.

5. Что называют интерференцией света?

6. Какие волны называют когерентными?

7. Что называют дифракцией света? При каких условиях она наблюдается?

8. Что называют дисперсией света?

9. Что такое спектр? Какие виды спектров вы знаете?

10. Расскажите об инфракрасном и ультрафиолетовом излучениях и их свойствах.

11. Сформулируйте гипотезу Планка. Что такое квант, чему равна его энергия?

12. Чему равна энергия, масса, импульс фотона?

13. Объясните уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.

14. Каково давление света на основании квантовой теории?

15. Что такое корпускулярно-волновой дуализм?

16. Какие явления подтверждают корпускулярные и волновые свойства света?
^

Глава 7
ТЕОРИЯ ПОРЯДКА И ХАОСА.
ЭНТРОПИЯ И ИНФОРМАЦИЯ

7.1. План семинарского занятия


1. Обратимые и необратимые процессы для замкнутых и открытых систем.

2. Термодинамическая вероятность данного состояния.

3. Второе начало термодинамики. Вечный двигатель.

4. Энтропия, ее статистическое толкование.

5. Текущее равновесие и внутренняя релаксация. Самоорганизация.

6. Функция диссипации. Понятия «диссипативная система» и «диссипативная структура».

7. Информация. Какова её функция и природа?

8. Фазовое пространство и его примеры.
^

7.2. Теоретическое обоснование


В современной науке в основе представлений о строении материального мира лежит системный подход, согласно которому любой объект материального мира может быть рассмотрен как сложное образование, включающее в себя составные части, организованные в целостность. Для обозначения целостности объектов в науке было выработано понятие системы. Система представляет собой совокупность элементов и связей между ними. Понятие элемент означает минимальный, далее уже неделимый компонент в рамках системы. Элемент является таковым по отношению к данной системе, в других же отношениях он сам может представлять сложную систему. Совокупность связей между элементами образует структуру системы.

Природные объекты представляют собой упорядоченные структурированные иерархические организованные системы. В естественных нау­ках выделяются два больших класса материальных систем: системы неживой природы и системы живой природы. В неживой природе в качестве структурных уровней организации материи выделяют элементарные частицы, атомы, молекулы, поля, физический вакуум, макроскопические тела, планеты, галактики и системы галактик – метагалактику.

В живой природе к структурным уровням организации материи относят системы до клеточного уровня – нуклеиновые кислоты и белки; клетки как особый уровень биологической организации; многоклеточные организмы растительного и животного мира; надорганизменные структуры, включающие в себя виды, популяции и биценозы и, наконец, биосферу как всю массу живого вещества.

В природе все взаимосвязано, поэтому можно выделить такие системы, которые включают в себя как элементы живой, так и неживой природы – биогеоценозы. Системы бывают замкнутые и открытые. Замкнутая система – эта система, которая не обменивается с окружающей средой ни энергией, ни веществом. Все остальные системы открытые. Все процессы, происходящие в этих системах, делятся на обратимые и необратимые. Обратимым называется процесс, который отвечает следующим условиям:

1. Его одинаково легко можно провести в двух противоположных направлениях.

2. В каждом из этих направлений система проходит через одни и те же промежуточные состояния.

3. После проведения прямого и обратного процесса система и окружающие ее тела возвращаются к исходному состоянию.

Примером обратимого процесса могут служит гармонические колебания маятника в вакууме при отсутствии трения. Но в реальных условиях невозможно избежать трения, как и достичь абсолютного вакуума, то есть исключить сопротивления среды. Не бывает абсолютно упругих столкновений. Таким образом, все реальные процессы необратимы.

В основе термодинамики лежат два закона, относящиеся к свойствам энергии и энтропии системы. Согласно первому закону энергия сохраняется в любых процессах. Возрастание внутренней энергии системы складывается из подведенной к системе теплоты и работы, совершенной над системой.

Энтропия S является аддитивной функцией состояния системы; она равна сумме энтропий ее подсистем. Если в систему поступает теплота при температуре Т, то энтропия системы увеличивается на величину . Согласно второму закону термодинамики энтропия замкнутой системы может только оставаться неизменной или возрастать. Сохраняясь подобно энергии в обратимых процессах, энтропия возрастает в необратимых процессах. Тем самым с помощью энтропии задается направленность процесса. Так, при передаче тепла от нагретого тела к холодному изменение энтропии положительно.

Тепловая энергия переходит от нагретого тела к более холодному.

Энергия любого вида, выработанная для производства полезной работы, в конечном счете диссипирует, рассеивается в виде тепла. Диссипация – неизбежный переход энергии в менее работоспособную форму – сопровождает любой реальный термодинамический процесс. И рано или поздно изолированная система приходит в состояние равновесия, соответствующее максимальному значению энтропии. Поэтому с точки зрения классической термодинамики существование мира носит эпизодический характер гигантской флуктуации. Мир имеет свое начало и неизбежно заканчивается хаосом, «тепловой смертью».

Диссипативные структуры могут образовываться только в открытых системах. Только в них возможен приток энергии, компенсирующий потери за счет диссипации и обеспечивающий существование более упорядоченных состояний.

Диссипативные структуры возникают в макроскопических системах, то есть в системах, состоящих из большого числа элементов (атомов, молекул, макромолекул, клеток и т.д.). Благодаря этому возможны коллективные, синергетические, взаимодействия, необходимые для перестройки системы.

Для возникновения диссипативных структур нелинейные уравнения должны при определенных значениях управляющих параметров допускать изменение симметрии решения. Такое изменение выражается, например, в переходе от молекулярного теплопереноса к конвективному переносу по ячейкам Бенара. В 1900 г. Х. Бенар привел классический пример возникновения упорядоченной структуры при нагревании ртутной пленки до критической температуры.

Открытые системы, в которых наблюдается прирост энтропии, получили название диссипативных. В таких системах энергия упорядоченного движения переходит в энергию неупорядоченного хаотического, то есть тепло. Если замкнутую систему вывести из состояния равновесия, то в ней начнутся процессы, возвращающие ее к состоянию равновесия, в котором ее энтропия достигает максимального значения. Со временем степень неравновесности будет уменьшаться, однако в любой момент времени ситуация будет неравновесной. В случае открытых систем отток энтропии наружу может уравновесить ее рост в самой системе. В этих условиях может возникнуть и поддерживаться стационарное состояние. Такое состояние Берталанфи назвал текущим равновесием. По своим характеристикам текущее равновесие может быть равновесным состоянием. В этом случае производство энтропии минимально.

Принцип локального равновесия и теорема о минимуме производства энтропии в равновесных состояниях была положена в основу термодинамики необратимых процессов, а их автор. Илья Пригожин стал лауреатом Нобелевской премии по химии за 1997 г. Если же отток энтропии превышает ее внутреннее производство, то возникают и разрастаются до макроскопического уровня крупномасштабные флуктуации. При определенных условиях в системе начинает происходить самоорганизация – создание упорядоченных структур из хаоса. Эти структуры могут последовательно переходить во все более сложные состояния. такие образования в диссипативных системах Илья Пригожин назвал диссипативными структурами. Образование этих структур происходит не из-за внешнего воздействия, а за счет внутренней перестройки системы, поэтому это явление получило название самоорганизации. Для описания процессов самоорганизации уже нельзя пользоваться представлениями линейной термодинамики необратимых процессов. Процессы самоорганизации описываются нелинейными уравнениями для макроскопических функций.

Оказалось, что под действием крупномасштабных флуктуаций возникают коллективные формы движения, называемые модами, между которыми возникает конкуренция, происходит отбор наиболее устойчивых из них, что и приводит к спонтанному возникновению макроскопических структур. Приведем примеры самоорганизующихся систем: 1) конвекционные ячейки Бенара; 2) переход к турбулентности в течение жидкости или газа; 3) химические реакции типа Белоусова – Жаботинского; 4) переход лазера в режим генерации.

Известный немецкий физик Герман Хакен подчеркивал роль коллективного поведения подсистем, образующих систему, и потому ввел для процессов самоорганизации обобщающее название – «синергетика», что в переводе с греческого языка означает сотрудничество, совместное действие. Синергетика не самостоятельная научная дисциплина, но новое междисциплинарное научное направление. Синергетика родилась на базе термодинамики и статистической физики. В основе теории открытых систем лежат фундаментальные физические законы. Объектом синергетики могут быть не любые системы, а только те, которые отвечают как минимум двум условиям. Прежде всего, они должны быть: открытыми, то есть обмениваться веществом или энергией с внешней средой; и существенно неравновесными, или находиться в состоянии, далеком от термодинамического равновесия. Но именно такими является большинство известных нам систем.

Сложнее обстоит дело с Вселенной в целом. Если считать Вселенную открытой системой то, что может служить ее внешней средой? Современная физика полагает, для существующей Вселенной такой средой является вакуум.
^
Что такое информация, какова её функция
и на чем основывается понимание её природы?

Информацией называются определенные сведения об объекте, событии или явлении. Функция информации состоит в направлении определенных процессов, ведущих, как правило, к самоорганизации. Обладание информацией позволяет осуществлять ту или иную деятельность.

Понимание природы позволяет создавать информацию, манипулировать ею, извлекать из неё какие-то выводы.
^
Количественные характеристики информации.
Каким свойством, отличающим её от других физических величин,
обладает информация?

Информацию, получаемую объектом контроля (исследования), передаваемую по каналам связи, обкатываемую и воспроизводимую приборами, можно определить количественно. Количественная характеристика информации не зависит от ее физического содержания, от физической природы сигналов, ее передающих, и от способа реализации приборов. В результате приема получателем сообщения о контролируемом или изучаемом объекте, явлении, событии у него уменьшается степень неопределенности сведений о них или степень неопределенности сложившегося у него образа изучаемого объекта. Имеются статистические характеристики этой степени неопределенности. Количеством информации, содержащимся в сообщении, считается разность значений двух степеней неопределенности: 1) до получения сообщения; 2) после получения сообщения.

При измерениях происходит отбор, передача, обработка и воспроизведение информации непрерывного характера, то есть количественных значений различных непрерывных физических величин. Но чтобы понять, каким образом оценивается количество информации при передаче непрерывных сообщений, необходимо оценить количество информации в дискретных сообщениях, то есть в сообщениях об отдельных событиях или дискретных состояниях объектов.

Информация может устаревать, что связано с самой ее природой. В этом случае ценность информации снижается или вовсе пропадает. Для того чтобы поддерживать информативность на постоянном уровне, необходим постоянный приток посторонней информации. Однако процесс устаревания информации необязателен.
1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   ...   30

Похожие:

Л. Р. Родкина Е. Э. Шмакова iconВыступление Михаила Шмакова на общественно-политическом журнале «Признание» №44-45 2007-2008
Михаил Шмаков: «Профсоюз заставляет работодателя относиться к работнику не как к винтику, а как к человеку»
Л. Р. Родкина Е. Э. Шмакова iconВ. С. Барашенков, М. В. Ляблин, Н. Л. Шмакова, Я. Г. Гальперин
Сравнение групп 100 гамма-облученных, потреблявших "энерголизованную" воду мышей и 100 таких же контрольных, содержавшихся на обычной...
Л. Р. Родкина Е. Э. Шмакова iconЛ. А. Шмакова финансовый анализ
Рекомендовано Сибирским региональным учебно-методическим центром высшего профессионального образования в качестве учебного пособия...
Л. Р. Родкина Е. Э. Шмакова iconДоклад председателя фнпр м. В. Шмакова
Тем не менее, я хотел бы остановиться на нескольких наиболее существенных моментах прошедшего пятилетия. А также – зафиксировать...
Л. Р. Родкина Е. Э. Шмакова iconДоклад Председателя фнпр шмакова М. В. на заседании Генерального...
Сегодня мы рассматриваем один из важных вопросов нашей деятельности, по которому нам необходимо и высказать свою позицию, и принять...
Л. Р. Родкина Е. Э. Шмакова iconВыступление делегата профсоюзов России Михаила Шмакова на 102-й сессии...
Этот доклад посвящен столетней годовщине мот, но его идеи мобилизуют нас на практические дела уже сегодня, во имя торжества идеалов...
Л. Р. Родкина Е. Э. Шмакова iconДоклад Председателя фнпр м. В. Шмакова "О ходе выполнения решений...
Оду пятилетки присваивать названия. Первый год пятилетки, второй, определяющий, решающий, завершающий. В этом смысле 2013 год определяющий,...
Л. Р. Родкина Е. Э. Шмакова iconМетодические указания и задания к контрольным работам для студентов...
Финансовый анализ [Текст]: Методические указания и задания к контрольным работам для студентов специальности 080105 «Финансы и кредит»...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2014
контакты
skachate.ru
Главная страница