Критерии направления самопроизвольно протекающих процессов
Рассматривая самопроизвольно протекающие процессы, мы выявили:
1) закономерность в соответствии со 2-м началом термодинамики их протекания с возрастанием энтропии.
2) закономерность самопроизвольного протекания экзотермических реакций, которые протекают с понижением энтропии.
Например, самопроизвольно протекает процесс испарения (эндотермический процесс с возрастанием энтропии), в котором хаос в окружающей среде уменьшается, но возрастает внутри самой системы. С другой стороны, вышеописанная экзотермическая реакция получения ам-миака протекает с понижением энтропии – образуется более сложная, упорядоченная структура, к тому же из 4 молекул газа образуется 2. Как уже говорилось выше, неподчинения 2-му закону термодинамики здесь нет, просто понижение энтропии в реакции компенсируется значительно большим выбросом тепловой энергии в окружающую среду и соответственно большим мировым беспорядком.
Однако желательно иметь некий критерий, позволяющий количественно
прогнозировать возможность протекания самопроизвольных процессов
Таким критерием является G - свободная энергия Гиббса (свободная энтальпия или изобарный потенциал), который выводится из равенства
H=G+TSили
G=H-TS,
где
Н, Т и S - соответственно энтальпия, температура и энтропия.
Изменение свободной энергии Гиббса
DG = DH - TDS
В первом равенстве энтальпия (внутренняя энергия) складывается из сво-бодной энергии G и связанной энергии TS.
Свободная энергия G представляет собой ту часть общего запаса вну-тренней энергии, которая может быть целиком превращена в работу (это технически ценная часть внутренней энергии).
Связанная энергия TS, в свою очередь, представляет собой остальную часть внутренней энергии системы. Связанная энергия не может быть пре-вращена в работу. Она способна переходить только в тепловую энергию, в виде которой рассеивается (диссипируется).
Свободная энергия заключается в системе в виде потенциальной энергии. Она убывает по мере совершения работы системой. Так, например, более разреженный газ при той же температуре и той же внутренней энергии со-держит меньше свободной энергии и больше связанной, чем сжатый газ. Это вполне понятно, так как во втором случае мы можем получить работы больше, чем в первом.
Но поскольку G убывает, то эта убыль DG = G2 – G1 выражается знаком минус, поскольку энергия второй системы ниже, чем в первой
На основании изложенного можно формулировать следующий принцип минимума свободной энергии:
В изолированной системе самопроизвольно протекают только про-цессы, направленные в сторону понижения свободной энергии системы.
Что выражают эти функции?
По величине DG можно судить о принципиальной возможности про-текания реакции. Если DG = 0, то происходит равновесная реакция, направ-ление которой определяется только концентрацией отдельных её компо-нентов. Если DG < 0, то реакция идёт спонтанно с выделением энергии в форме полезной работы (или более упорядоченной химической структуры). Если DG > 0, то изменение состояния системы происходит только при за-трате работы извне.
II начало термодинамики можно распространить и на общественные процессы, но следует помнить, что этот метод рассмотрения поведения общества будет носить философский, познавательный характер, и не претендует на строгую научность.
Рассмотрим, например, проблему, непосредственно касающуюся юристов - проблему роста преступности и борьбы с ним.
Напомню формулы 1 закона: DН = Q – A и изменение свободной энергии Гиббса DG = DH - TDS
Или DH = DG + TDS
Предположим, что начальный уровень преступности есть Н1, а конечный – Н2. Тогда DH = Н2 – Н1 = DG + TDS, где DG – изменение созидательной активности населения, T - степень возбуждения граждан, DS - изменение разрушительной активности населения.
Если созидательная активность (потенциальная энергия) граждан высока, то есть DG<0, то она тратится на создание благополучного общества; в этом случае степень возбуждения Т не очень высока, поскольку люди заняты полезным делом, низка и разрушительная деятельность (митинги, излишняя политизированность общества и т.д.) иначе говоря, энтропия общества постоянна. В этом случае DH ≤ 0 ( роста преступности практически нет).
Если же в силу разных причин (экономические потрясения, войны и др.) созидательная активность падает, то есть DG=0, а возбуждение граждан вследствие падения уровня жизни растет (Т>0), то, как правило, возрастает хаос в стране, разрушительная деятельность и DS>>0. В этом случае знак DH положительный – преступность растет.
Дата добавления: 2016-01-07; просмотров: 2674;