Законы сохранения и принципы, действующие в природе

Московская открытая социальная академия

Кафедра математических и общих естественнонаучных

дисциплин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

 

 

 

 

 

Учебная дисциплина: Концепции современного естествознания.

Тема реферата:            Законы сохранения и принципы, действующие  в

                                      природе.

Автор:                          Румянцев Станислав Витальевич, студент 2-го курса

                                      факультета очно-заочного образования,

                                      специальность: менеджмент

Руководитель:             Маслюков Евгений Петрович.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва 2011

• СОДЕРЖАНИЕ:

 

ВВЕДЕНИЕ                                                                                                      стр. 3

1. Динамические законы в макро и статические в микромире               стр. 4

2. Закон сохранения энергии и невозможность создания вечного двигателя первого рода                                                                                             стр. 7

3. Второй закон термодинамики и невозможность создания вечного двигателя второго рода                                                                          стр. 12

4. Энергетика химических процессов                                                      стр. 14

ЗАКЛЮЧЕНИЕ                                                                                       стр. 17

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ                                стр. 18

 

• ВВЕДЕНИЕ:

 

В XIX в. термодинамика провозгласила парадоксальный вывод: если бы мир был гигантской машиной, то такая машина неизбежно бы остановилась, т.к. запас полезной энергии рано или поздно был бы исчерпан. Затем теория эволюции Дарвина сдвинула интерес от физики в сторону биологии.

Главный результат современного естествознания в том, что оно разрушило неподвижную  систему понятий XIX в.

Цель  всякого изменения, если оно сообразно  природе вещей состоит в том, чтобы реализовать в каждом организме  идеал его рациональной сущности. В этой сущности, которая в применении к живому есть в одно и то же время  его окончательная, формальная и  действующая причина, - ключ к пониманию  сущности природы.… "рождение современной науки" - столкновение между последователями Аристотеля и Галилея - есть столкновение между двумя формами рациональности.

Итак, можно  выделить три примера картин мира:

-сущностную  преднаучную;

-механистическую;

-эволюционную.

Современная естественно научная картина  мира основывается на принципе саморазвития. В этой картине присутствуют человек  и его мысль. Она эволюционна  и необратима.

Цель  работы: Изучить законы сохранения и принципы, действующие в природе.

 

1. ДИНАМИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ В МАКРО И СТАТИЧЕСКИЕ В МИКРОМИРЕ.

 

Макромир и микромир - две специфические  области объективной реальности, различающиеся уровнем структурной  организации материи. Сфера макроявления - это обычный мир, в котором  живет и действует человек (планеты, земные тела, кристаллы, большие молекулы и др.). Качественно иную область  представляет микромир (атомы, ядра, элементарные частицы и др.), где размеры  объектов меньше миллиардных долей  сантиметра, а временные промежутки порядка миллиардных долей секунды, т. е. непосредственно недоступны наблюдению. Каждый из этих миров характеризуется  своеобразием строения материи, пространственно-временных  и причинных отношений, закономерностей  движения.

Так, в макромире материальные объекты  имеют резко выраженную прерывную, корпускулярную или непрерывную, волновую природу и их движение подчиняется  динамическим законам классической механики. Для явлений микромира, напротив, характерна тесная связь  корпускулярных и волновых свойств, которая находит свое выражение  в статистических законах квантовой  механики. Своеобразная граница раздела  макро- и микромира была установлена  в связи с открытием теории, названной постоянной Планка. Существенным аспектом этой новой константы явилась  «конечность взаимодействия», означавшая, что любые взаимодействия между  объектами в микромире (в т. ч. между прибором и микрочастицей) не могут быть меньше значения кванта действия. Специфика макро- и микромира  находит свое отражение в познании, приводит к ограничению сферы  применимости старых физических теорий и возникновению новых (теория относительности, квантовая механика, физика элементарных частиц). Современные «физические  идеалисты», абсолютизируя различие макро- и микромира, особенности  их познания, приходят к отрицанию  объективности и познаваемости  микромира. В действительности же наука  показывает тесную связь между макро- и микромиром и обнаруживает, в частности, возможности появления макроскопических объектов при столкновении микрочастиц высокой энергии. Проникновение физики в мир атома, а затем атомного ядра и элементарных частиц явилось блестящим подтверждением и обогащением принципов диалектического материализма.

Основное содержание проблем  детерминизма и причинности —  это соотношение динамических и  статистических закономерностей.

Детерминизм — это учение об объективной закономерной взаимосвязи  и взаимообусловленности явлений  материального и духовного миров. Центральным ядром детерминизма является положение о существовании  причинности.

Причинность — это генетическая связь между отдельными состояниями  видов и форм материи в процессе ее движения и развития.

Понятие причинности возникло в связи с практической деятельностью  людей. Для него характерно три признака:

1. Временное предшествие  причин следствию («нет дыма  без огня»).

2. Одна и та же причина  всегда обуславливает одно и то же следствие (яблоко одинаково падает, так как причина — притяжение Земли).

3. Причина — это активный  агент, производящий действие.

Идея детерминизма, таким  образом, состоит в том, что все  явления и события в мире не произвольны, а подчиняются объективным  закономерностям, существующим вне и независимо от их познания. Проявление детерминизма связано с существованием объективных физических законов и находит отражение в фундаментальных физических теориях.

Фундаментальные физические законы — это наиболее полное на сегодняшний день, но приближенное отражение объективных процессов  в природе. Различные формы движения материи описываются различными фундаментальными теориями. Каждая из этих теорий описывает вполне определенные явления: механическое или тепловое движение, электромагнитные явления.

Существуют более общие  законы в структуре фундаментальных  физических теорий, охватывающие все  формы движения материи и все  процессы. Это законы симметрии, или  инвариантности, и связанные с  ними законы сохранения физических величин. Все физические законы делятся на две большие группы: динамические и статистические.

Динамическими называют законы, отражающие объективную закономерность в форме однозначной связи  физических величин. Динамическая теория — это теория, представляющая совокупность физических законов.

Статистические законы —  это такие законы, когда любое  состояние представляет собой вероятностную  характеристику системы. Здесь действуют  статистические распределения величин. Это означает, что в статистических теориях состояние определяется не значениями физических величин, а  их распределениями. Нахождение средних  значений физических величин — главная  задача статистических теорий. Вероятностные  характеристики состояния совершенно отличны от характеристик состояния в динамических теориях. Статистические законы и теории являются более совершенной формой описания физических закономерностей, так как любой известный сегодня процесс в природе более точно описывается статистическими законами, чем динамическими. Различие между ними в одном — в способе описания состояния системы.

Смена динамических теорий статистическими не означает, что старые теории отменены и сданы в архив. Практическая их ценность в определенных границах нисколько не умаляется. При разговоре о смене теорий имеется в виду смена глубоких физических представлений более глубокими представлениями о сущности явлений, описание которых дается соответствующими теориями. Одновременно со сменой физических представлений расширяется область применения теории.

2 ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ И НЕВОЗМОЖНОСТЬ СОЗДАНИЯ ВЕЧНОГО ДВИГАТЕЛЯ ПЕРВОГО РОДА.

 

Для начала дадим определение  что такое: Закон, закономерность и следовательно законы сохранения:

Закон — внутренняя, существенная и устойчивая связь явлений, обусловливающая их упорядоченное изменение.

Закономерность — совокупность взаимосвязанных законов, обеспечивающих устойчивую тенденцию или направленность в изменениях системы.    

Законы сохранения — физические закономерности, согласно которым численные значения некоторых физических величин не изменяются со временем.

 

Количество законов Природы  велико, но они неравнозначны по сфере применения.

Наиболее многочисленны законы, описывающие электрические явления, сформулированные на основе обобщения экспериментальных данных. Часто они носят приближенный характер, и область их применения достаточно узка. Например, закон Гука — для области небольших деформаций, то есть до достижения предела текучести твердого тела, иначе до границы, после которой деформации становятся необратимыми после снятия нагрузки. Закон Гука выражает внешний наблюдаемый эффект.  Внутренняя же природа явления в том, что атомы и молекулы состоят из электрически заряженных частиц, силы притяжения и отталкивания в которых уравновешены. Деформация нарушает их внутренние электрическое равновесие, которое после снятия нагрузки восстанавливается. Таким образом, силы упругости по сути электромагнитные силы или по существу чисто электрический эффект; закон валентности при образовании химических соединений определяет создание общих электронных пар, то есть внутренне это тоже электрический эффект.

Однако для описания внешнего поведения  системы вполне можно не прибегать  к сложным уравнениям электродинамики. Аналогично в термодинамике или  химических законах не рассматривают квантовые внутренние эффекты, объясняющие поведение термодинамической или химической системы изнутри.

Такие законы являются частными.

 

Механическая энергия  подразделяется на два вида: потенциальную и кинетическую. Потенциальная энергия характеризует взаимодействующие тела, а кинетическая — движущиеся. И потенциальная и кинетическая энергии изменяются только в результате такого взаимодействия тел, при котором действующие на тела силы совершают работу, отличную от нуля.

! На заметку: Связь симметрии пространства и законов сохранения была изложена немецким математиком Э. Нетер (1882-1935)в форме фундаментальной теории: однородность пространства и времени.

Рассмотрим теперь вопрос об изменении энергии при взаимодействии тел, образующих замкнутую систему. Если несколько тел взаимодействуют  между собой только силами тяготения  и силами упругости и никакие  внешние силы не действуют, то при  любых взаимодействиях тел сумма  кинетической и потенциальной энергий  тел остается постоянной. Это утверждение  называется законом сохранения энергии  в механических процессах.

Сумма кинетической и потенциальной  энергий тел называется полной механической энергией. Поэтому закон сохранения энергии можно сформулировать так: полная механическая энергия замкнутой  системы тел, взаимодействующих  силами тяготения и упругости, остается постоянной.

Основное содержание закона сохранения энергии заключается  не только в установлении факта сохранения полной механической энергии, но и в  установлении возможности взаимных превращений кинетической и потенциальной  энергий в равной количественной мере при взаимодействии тел.

Закон сохранения полной механической энергии в процессах с участием сил упругости и гравитационных сил является одним из основных законов  механики. Знание этого закона упрощает решение многих задач, имеющих большое  значение в практической жизни.

Например, для получения  электроэнергии широко используется энергия  рек. С этой целью строят плотины, перегораживают реки. Под действием  сил тяжести вода из водохранилища  за плотиной движется вниз по колодцу  ускоренно и приобретает некоторую  кинетическую энергию. При столкновении быстро движущегося потока воды с  лопатками гидравлической турбины  происходит преобразование кинетической энергии поступательного движения воды в кинетическую энергию вращательного  движения роторов турбины, а затем  с помощью электрического генератора — в электрическую энергию. Механическая энергия не сохраняется, если между телами действуют силы трения. Автомобиль, двигавшийся по горизонтальному участку дороги после выключения двигателя, проходит некоторый путь и под действием сил трения останавливается. Во время торможения автомобиля произошло нагревание тормозных колодок, шин автомобиля и асфальта. В результате действия сил трения кинетическая энергия автомобиля не исчезла, а превратилась во внутреннюю энергию теплового движения молекул.

Таким образом, при любых  физических взаимодействиях энергия  не возникает, а только превращается из одной формы в другую. Этот экспериментально установленный факт называется законом сохранения и  превращения энергии. Источники энергии на земле велики и разнообразны. Когда-то в древности люди знали только один источник энергии — мускульную силу и силу домашних животных. Энергия возобновлялась за счет пищи. Теперь большую часть работы делают машины, источником энергии для них служат различные виды ископаемого топлива: каменный уголь, торф, нефть, а также энергия воды и ветра. Если проследить «родословную» всех этих разнообразных видов энергии, то окажется, что все они являются энергией солнечных лучей. Энергия окружающего нас космического пространства аккумулируется Солнцем в виде энергии атомных ядер, химических элементов, электромагнитных и гравитационных полей. Солнце, в свою очередь, обеспечивает Землю энергией, проявляющейся в виде энергии ветра и волн, приливов и отливов, в форме геомагнетизма, различного вида излучений (в том числе и радиоактивности недр и т.д.), мускульной энергии животного мира.