1. Выделите главный отличительный признак необратимого процесса.
Главный признак необратимого процесса — он не может самопроизвольно вернуться в исходное состояние без изменения окружающей среды. То есть, после такого процесса система и окружающая среда уже не будут такими, как были.
2. Сформулируйте второй закон термодинамики.
Теплота не может самопроизвольно переходить от холодного тела к горячему, без внешнего воздействия. Или: во всех самопроизвольных процессах в замкнутой системе энтропия возрастает.
3. Как связан второй закон термодинамики с необратимостью тепловых процессов?
Этот закон объясняет, почему тепловые процессы идут только в одном направлении — от горячего к холодному. Поскольку при этом возрастает энтропия (мера беспорядка), такой процесс нельзя обратить, не затратив энергию извне.
4. В чём заключается статистическая интерпретация второго закона термодинамики?
С точки зрения статистики, системы стремятся к наиболее вероятному состоянию — к беспорядку. То есть, второй закон говорит, что число возможных состояний с хаосом больше, чем с порядком, поэтому энтропия растёт.
5. Почему дым «тает» в воздухе?
Дым «тает» в воздухе потому, что его частицы рассеиваются — мелкие капли и частички пыли смешиваются с воздухом и равномерно в нём распределяются. Это пример необратимого процесса увеличения энтропии.
1. Как можно оценить внутреннюю энергию человека?
Внутреннюю энергию человека можно оценить через количество потребляемой и расходуемой энергии. Например, человек в состоянии покоя тратит около 70–100 ватт, а за день — примерно 2000–3000 килокалорий. Это и есть внутренняя энергия, которая обеспечивается за счёт пищи.
2. Докажите универсальность закона сохранения энергии на примере рассмотрения механических и тепловых процессов.
Когда человек бежит, его химическая энергия (внутренняя) переходит в механическую (движение) и тепловую (нагрев тела и воздуха вокруг). Энергия не исчезает — она лишь преобразуется из одного вида в другой, как и гласит закон сохранения энергии.
3. Приведите примеры адиабатных процессов, которые вы наблюдали (не менее трёх).
Первый — резкое сжатие воздуха в насосе, когда он нагревается. Второй — расширение газа при открытии баллончика с дезодорантом: он охлаждается. Третий — резкое разжатие медицинского шприца без иглы, при котором воздух охлаждается.
4. Каким образом можно сформулировать определение понятия «коэффициент полезного действия человека»?
КПД человека — это отношение полезной работы (например, физической или умственной) к количеству потреблённой энергии (еды). Он всегда меньше 100%, потому что часть энергии уходит на тепло, дыхание и жизненные функции.
5. Попробуйте графически изобразить «цикл Карно» для человека, считая его тепло-вой машиной. Какие параметры вы выберете для обозначения осей координат?
По оси X — объём лёгких (или работа), по оси Y — температура тела или давление в мышцах. Цикл можно изобразить в виде замкнутой петли, где человек поглощает тепло с пищей, выполняет работу, отдаёт тепло в окружающую среду и возвращается в исходное состояние.
6. Каковы методы снижения токсичности отработанных газов, используемые в России и других странах? Ответ подготовьте в виде сравнительного анализа. Каковы перспективы решения данной проблемы? Выделите исследования, которые проводятся российскими и зарубежными учёными.
В России используются каталитические нейтрализаторы, системы EGR (рециркуляции выхлопных газов) и переход на Евро-5 и выше. В странах ЕС — ещё более жёсткие нормы, включая гибридные и электрические авто, фильтры твёрдых частиц и водородные двигатели. Перспективы — развитие электромобилей, биотоплива и водородной энергетики. Исследования проводят: в России — Институт катализа СО РАН, МГУ, МГТУ им. Баумана. За рубежом — MIT, Технологический университет Мюнхена, Toyota Research.
7. Подготовьте дискуссию «Необратимость процессов: можно ли "повернуть” время вспять?» (на материале физики, химии, биологии, медицины, истории).
Физика: Второй закон термодинамики утверждает, что энтропия растёт — значит, процессы необратимы. Химия: Обратимость возможна в химических реакциях, но при идеальных условиях, в реальности — нет. Биология: Старение — необратимый процесс, хотя учёные пытаются его замедлить. Медицина: Восстановление тканей — ограничено, смерть необратима. История: События невозможно отменить, но можно переосмыслить. Вывод: время вспять повернуть нельзя, но можно повлиять на будущее, зная законы необратимости.