Термодинамика - формы энергии и процессы ее преобразования в природных и технологических системах

По выражению современного американского ученого-эколога Ю. Г. Одум, экология - это «биология окружающей среды». Поскольку основной задачей современной биологии является познание жизни как особой формы движения энергии материи, то именно термодинамика имеет непосредственное отношение к экологии, является средством труда эколога. Более того, термодинамика - наука, без которой не может обойтись ни один химик, физик, технолог, экономист, медик и даже журналист. Именно эта наука дает возможность каждому образованному человеку понять реальный мир энергетических процессов и материальных преобразований в окружающей среде, живых организмах и производственных технологиях. Итак, термодинамика - наука о формах энергии, процессы ее взаимопревращения и изменения состояния естественных экологических и искусственно созданных технологических систем.

Вопреки распространенному мнению о чрезвычайной «сложность» термодинамики она базируется на простых и очевидных выводах из наблюдений природы и на относительно несложных исследованиях реальных объектов и явлений, которые путем четких логических обобщений объединены в научную теорию, которая адекватно отражает фундаментальные законы природы.

Энергия, теплота, температура и работа

В любом учебнике или справочнике можно прочесть: «Энергия - обобщенная мера движения материи». Понятно, что надо было сказать точнее: не «мира», а характеристика, т.е. физическая величина движения, поскольку степени будет ее единица - джоуль. Итак, «энергия» не является объектом или явлением, а лишь его характеристикой? Именно такое определение мы дали в предыдущем разделе. С другой стороны, мы знаем, что энергию производят, передают, измеряют ее количество. Возникает вопрос: характеристику явления или же явление отражает термин «энергия»? Ответ таков: и первое, и второе зависимости от контекста и дефиниции его омонимов. К сожалению, в науке такие коллизии не единичны и это требует внимательности. Да и само явление «энергия» не простое. Относительно этого у физиков популярным выражение: «Гораздо легче измерить, чем точно знать, что измеряется». Однако по сознательного отношения ко всем разночтений термина «энергия» мы не несем существенных неудобств. В термодинамике энергия, тепло и работа являются характеристиками того же явления - движения материи в различных ее формах, величина которого по закону сохранения материи и энергии при преобразовании последнего в новую форму не меняется. Вспомним, что, забивая гвоздь в твердую древесину, мы замечали, что он нагревается. Это объясняют тем, что кинетическая энергия молотка (работа как форма движения) превращается в тепловую энергию гвоздя. Из школьного курса физики мы знаем, что теплота обусловлена ​​движением атомов (или молекул). Так может температура является мерой энергии движения атомов? Если так, то зачем пользоваться двумя физическими величинами - «температура» и «энергия»? Что же, собственно, характеризует температура?

Попробуем ответить на этот вопрос. Количественную характеристику температуры, которую измеряем термометром, мы фиксируем через другую физическую величину - длину.

Добавить комментарий: