1. Какой процесс называют необратимым? Приведите примеры необратимых процессов.
Необратимым называют процесс, который не может самопроизвольно вернуться к исходному состоянию, оставив окружающую среду неизменной. Примеры необратимых процессов включают теплопередачу от горячего тела к холодному, химические реакции (например, сгорание топлива) и диффузию газа в вакууме. Такие процессы сопровождаются увеличением энтропии системы и необратимо изменяют её состояние.
2. Являются ли колебания маятника обратимым процессом?
Колебания маятника в идеальных условиях, без потерь энергии на трение или сопротивление воздуха, можно считать обратимым процессом. Однако в реальных условиях потери энергии делают движение маятника необратимым — он постепенно замедляется и останавливается.
3. Поясните с помощью примера выражение: «Система с течением времени переходит из упорядоченного состояния в неупорядоченное».
Пример высказывания: «Система с течением времени переходит из упорядоченного состояния в неупорядоченное» можно проиллюстрировать рассеянием капли чернил в воде. Сначала чернила находятся в локализованной капле (упорядоченное состояние), но постепенно они смешиваются с водой, переходя в однородное распределение (неупорядоченное состояние), которое обратно восстановить невозможно без внешнего воздействия.
4. Может ли система перейти самопроизвольно из неупорядоченного состояния в упорядоченное? В каком случае возможен переход из неупорядоченного состояния в упорядоченное?
Теоретически, система может перейти из неупорядоченного состояния в упорядоченное, если на неё подействует внешняя энергия или сила, которая уменьшает энтропию системы. В природе такой переход возможен, например, в живых организмах, где происходит сбор упорядоченных структур за счёт затраты энергии. В неравновесной термодинамике подобные процессы также наблюдаются в автокаталитических реакциях.
5. Сформулируйте второй закон термодинамики.
Второй закон термодинамики гласит, что в замкнутой системе сумма энтропий всех её частей не может уменьшаться. Этот закон утверждает, что спонтанные процессы направлены к увеличению энтропии и не могут самопроизвольно приводить к восстановлению порядка в системе.
1. Какое состояние системы — упорядоченное или неупорядоченное — может быть реализовано большим числом способов?
Неупорядоченное состояние системы можно реализовать значительно большим числом способов, чем упорядоченное. Это связано с тем, что неупорядоченные состояния характеризуются хаотичным распределением энергии и частиц, и каждый такой вариант можно считать отдельной возможной микроскопической реализацией системы.
2. Какое состояние системы — упорядоченное или неупорядоченное — является наиболее вероятным?
Наиболее вероятным состоянием системы является неупорядоченное. Поскольку неупорядоченное состояние соответствует множеству возможных микроскопических конфигураций, вероятность его возникновения существенно выше, чем вероятность возникновения какого-либо конкретного упорядоченного состояния. В терминах термодинамики, такое состояние соответствует высокой энтропии, к которой стремится система.