Вымирание животных уничтожение растений

Обратимые и необратимые процессы. Необратимость процесса в природе.

При соприкосновении тел процесс теплопередачи происходит самопроизвольно от горячего тела к холодному до тех пор, пока оба тела не будут иметь одинаковые температуры. Например, чашка с горячим чаем. Все макроскопические процессы в природе протекают только в одном определенном направлении. В обратном направлении они самопроизвольно протекать не могут. Необратимый процессэто любой процесс, сопровождающийся трением, т.к. при трении часть механической энергии превращается в теплоту. Любой реальный процесс – необратим. (Старение; прыжки с трамплина и т.д.).

Обратимый процессэто процесс, при котором система, переходя из состояния 2 в состояние 1, проходит те же промежуточные точки, что и при переходе из состояния 1 в состояние 2. Этот процесс допускает возможность возвращения системы в первоначальное состояние без каких-либо изменений в окружающей среде. (Шарик в вакууме падает на абсолютно упругую плиту; колебания маятника в вакууме)

Понятие о втором начале термодинамике.

Второй закон термодинамики (формулировка Клаузиуса):теплообмен протекает в направлении от более горячих тел к более холодным.

— математическая запись второго закона термодинамики.

Тепловые двигатели.

Тепловыми двигателяминазывают двигатели, которые превращают внутреннюю энергию топлива в механическую работу. Для того чтобы двигатель совершал работу, необходима разность давлений по обе стороны поршня двигателя. Разность давлений достигается за счет повышения температуры рабочего тела (газа) на сотни или тысячи градусов по сравнению с температурой окружающей среды. Такое повышение температуры происходит при сгорании топлива.

Принцип действия тепловой машины.Любая тепловая машина должна иметь нагреватель, рабочее тело и охладитель (холодильник). Нагреватель сообщает рабочему телу (газу) некоторое количество теплоты Q1 , что приводит к увеличению его внутренней энергии. Рабочее тело совершает работу за счет запаса внутренней энергии. Рабочим телом у всех тепловых машин является газ, который образуется при сгорании топлива в цилиндре двигателя и при расширении совершает работу. В двигателе газ при расширении не может отдать всю свою внутреннюю энергию на совершение работы. Часть теплоты Q2 передается холодильнику (атмосфере) вместе с отработанным паром или выхлопными газами двигателей. Эта часть внутренней энергии теряется .

Рабочее тело двигателя получает при сгорании топлива количество теплоты Q1 , совершает работу и передает холодильнику количество теплоты Q2 <Q1 .

Коэффициентом полезного действия (КПД) теплового двигателяназывают отношение работы, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя:

Источник



Необратимые процессы: определение, примеры

Как возникают необратимые процессы? В мире ежедневно происходит большое количество событий. Они бывают вполне обычными и постоянными, а могут иметь необратимые последствия. Именно о таких событиях пойдет речь в приведенной ниже статье.

Понятие и определение

Необратимые процессы представляют собой неизменные, часто регрессирующие процессы. Они могут происходить в абсолютно любых сферах человеческой жизни. Но, по мнению ученых, наиболее важными являются подобные процессы в природе. Таких примеров, к сожалению, множество. Но в этой статье мы выделим самые основные. Они, как правило, представляют собой масштабные экологические проблемы.

Вымирание животных, уничтожение растений

Достаточно разумно утверждение о том, что вымирание различных видов животных – естественный процесс эволюции.

По данным Google, ежегодно мир теряет от 1 до 10 видов животных и примерно 1-2 вида птиц. Причем, исчезновение имеет тенденцию к росту. Потому что, по той же статистике, около 600 видов официально находятся под угрозой вымирания.

Таким образом, это совершенно необратимые процессы, происходящие в мире животных и растений. Основными причинами являются следующие факторы:

  • Загрязнение, выбросы и прочие негативные влияния на экологию.
  • Использование химических составов в сельском хозяйстве, что приводит к невозможности существования на таких территориях некоторых видов животных, а также растений.
  • Постоянное уменьшение количества пищи для животных, связанное, например, с вырубкой лесов.

Истощение Земли

Ежедневно каждый человек на планете использует энергию полезных ископаемых. Будь то нефть, газ, уголь, или другие необходимые источники электроэнергии. Вот вам и новый необратимый процесс – истощение «сокровищниц» нашей планеты. Основной причиной такого регресса ученые считают постоянный рост населения.

Количество людей увеличивается, соответственно, увеличивается и потребление, а также спрос. Вместе с увеличением спроса, критики дополнительно указывают и на то, что постоянное опустошение бассейнов с полезными ископаемыми приведет к неизбежному изменению климата. А это, как известно, повлечет за собой еще большие проблемы, чем мы можем себе представить.

Мировой океан

Как говорил Тур Хейердал:

Он был абсолютно прав в своем утверждении, намекая на один из примеров необратимых процессов — абсолютно бесчестное поведение людей по отношению не только к океану, но и к природе в целом.

Еще в 20-м веке стало известно о том, что Мировой океан принадлежит всем. Это, в частности, и привело его к тому состоянию, в котором он находится сейчас. Главная проблема Мирового океана, она же является и необратимым процессом – неграмотное использование его ресурсов, а также то, что Мировой океан не имеет тенденцию выдерживать всю нагрузку атмосферы, в которую человечество производит ежедневные выбросы. Но об этом – в следующей главе.

Читайте:  Необычные и странные тучи и облака 50 фото

Выбросы в атмосферу

Необратимые процессы в природе часто охватывают самые глобальные и серьезные сферы нашей жизнедеятельности. Выброс в атмосферу химикатов является действительной важной проблемой. Последствия таких выбросов настолько опасны, что в 1948 году штат Пенсильванию (США) охватил чрезвычайной густоты туман. В городе Доноре проживало на тот момент около 14 000 человек.

По данным исторических источников, из этих 14 тысяч заболело около 6 тысяч людей. Туман был настолько густым, что дорогу различить было практически невозможно. К врачам начали активно обращаться с жалобами на тошноту, боль в глазах, головокружение. Через какое-то время умерло 20 человек.

Также массово умирали собаки, птицы, кошки – те, кто не мог найти себе укрытие от удушающего тумана. Нетрудно догадаться – причиной такого явления стало не что иное, как выбросы в атмосферу. Ученые утверждают, что ситуация сложилась из-за неправильного распределения температуры воздуха в том районе в результате использования химикатов.

Проблемы озонового слоя

Множество веков люди даже не подозревали о существовании такого явления, как озоновый слой (вплоть до 1873 года – именно тогда ученый Шенбейн открыл его). Однако это не мешало человечеству весьма пагубным образом влиять на озоновый слой. Причинами его разрушения, на удивление многих, становятся довольно простые, но веские причины:

  • Полеты в космос, запуски ракет и спутников.
  • Активный выброс в воздух фреонов — последствия использования дезодорантов, духов и др.
  • Функционирование авиатранспорта на высоте выше 15 километров.

На данный момент проблема разрушения озонового слоя является актуальной. Люди задумываются над тем, как меньше использовать фреоны, активно ведут поиски их заменителей. Есть также многие добровольцы, которые согласны помогать ученым и идут в науку ради спасения экологии.

Человеческий «вклад» в природные ландшафты

Есть две категории людей. Для одних важна охрана окружающей среды, а другие — их противоположность. К сожалению, разрушение преобладает. Полностью изуродованной считается та среда, которая уже непригодна, благодаря влиянию человечества, к жизни. И таких в нынешнее время большое количество. В основном изменения в природных ландшафтах – это вырубка лесов, в результате чего вымирают животные, исчезают растения, птицы и т. д.

Обновить после этого пострадавшую зону необычайно сложно, и, как правило, этим практически никто не занимается. Какие процессы называются необратимыми, знают многие организации, которые занимаются восстановлением природы. Но хватит ли их сил для сохранения всей нашей экологии?

Как предотвратить неизбежное?

Глобальные проблемы не зря так называются – они не имеют тенденции к возврату. Однако можно оказать огромную помощь миру, дабы эти процессы не продолжали пагубно влиять на окружающую среду. Есть множество способов помочь природе. Они уже давно всем известны, но не говорить о них нельзя.

  • Политический способ. Подразумевает создание законов для защиты окружающей среды, для ее охраны. Во многих странах уже есть множество таких законов. Однако человечеству нужны действенные, буквально, заставляющие остановиться и не уничтожать собственную среду обитания.
  • Организации. Да, на сегодняшний день существуют организации по охране природы. Но было бы также неплохо сделать так, чтобы каждый человек имел возможность поучаствовать в их действиях.
  • Экологический способ. Самое простое — насаждение леса. Деревья, кусты, саженцы и разведение различных растений – самая элементарная задача, но она может возыметь сильное влияние на природу.

Биоценоз Хольцера

Обычный человек, не ботаник и не ученый высшей категории, а просто обычный фермер создал биоценоз. Суть заключается в том, чтобы обеспечить существование рыб, насекомых, животных, растений в определенном месте, практически не принимая участия в их развитии. Таким образом, за мясом, фруктами и другими продуктами к нему в очередь выстраивается вся Австрия. Он на примере доказал, что если не мешать природе развиваться – она будет приносить только пользу. Так называемая гармония с природой — вот цель, к которой необходимо стремиться каждому в этом мире.

Выводы

Человечество привыкло действовать по принципу: вижу цель – не вижу препятствий. Даже если это приведет к настолько глобальным проблемам (если уже не начало приводить), что исчезнет и само человечество. В попытках достичь своих целей и обеспечить собственный комфорт, мы не замечаем, как разрушается все вокруг. Многие ли после прочтения этой статьи зададутся вопросом, какие процессы необратимы?

Если не побороть процесс мышления современных людей, природе грозит реальная опасность уже через несколько лет. Очень жаль, что мы живем в мире, где собственная выгода преобладает над состоянием окружающего мира.

Источник

Урок по теме: "Необратимость процессов в природе. Второй закон термодинамики" для классов с углубленным изучением физики

Оборудование: калориметр, металлический цилиндр, стальной шарик, коробка с мокрым песком, математический маятник, схема работы двигателя второго рода, карточки-задания для групп.

Ход урока

1.Организационный момент.

Сообщение темы урока, задач и плана работы. Формирование рабочих групп с учетом особенностей мышления.

2.Актуализация знаний. Подготовка к основному этапу занятий.

Продолжительность до 7-8 минут.

Учащимся предлагается ответить на вопросы.

На основе ответов формулируются выводы.

— Что представляет собой I-й закон термодинамики?

— Как читается закон?

— Каковы границы применимости данного закона? (Важно: закон справедлив для замкнутых систем).

— В чем состоят недостатки закона? (Важно: в законе не дается никаких указаний на то, в каком направлении протекают процессы, удовлетворяющие принципу сохранения энергии).

— В чем заключается неравноценность одинаковых количеств энергии различных видов?

(Важно: Разные виды энергии не равноценны в отношении способности превращаться в другие виды. Механическую энергию можно целиком превратить во внутреннюю, например, электрическая энергия – внутренняя. Запасы внутренней энергии ни при каких условиях не может превратиться целиком в другие виды энергии.)

Выделенные особенности подтверждаются при разборе примеров.

Если система состоит из двух тел с различной температурой, то теплообмен происходит так, что температуры тел выравниваются и вся система приходит к состоянию теплового равновесия.

I закон термодинамики не был бы нарушен, если бы передача тепла происходила от тела с низкой температурой к телу с более высокой температурой при условии, что полный запас энергии оставался бы неизменным.

Повседневный опыт показывает, что сама по себе передача тепла от более холодного тела к более горячему никогда не происходит.

Камень падает с некоторой высоты. При этом потенциальная энергия переходит в кинетическую, а затем механическая — во внутреннюю энергию. При этом закон сохранения энергии не нарушается.

Первому закону термодинамики не противоречил бы и обратный процесс: лежащий на земле камень нагревают переходом тепла от окружающих тел, вследствие чего камень поднимается на некоторую высоту.

Описанную ситуацию в природе наблюдать нельзя.

3.Организация работы в группах

Продолжительность работы в группах 20-25 минут.

Задача: познакомиться с текстом учебника, и выполнить предложенные задания.

Задание 1. Изучив материал § 5.8 и 5.9, введите понятия:

— необратимый процесс (приведите примеры);

— второй закон термодинамики;

— вечный двигатель первого рода;

— вечный двигатель второго рода.

Задание 2. Приведите примеры явлений, в которых наблюдается самопроизвольный выход системы из состояния термодинамического равновесия.

Из ответа учащихся:

Вечный двигатель первого рода – устройство для совершения работы без использования источника энергии.

(Важно: данная формулировка противоречит I закону термодинамики.)

Вечный двигатель второго рода – устройство, которое совершало бы работу только лишь за счет получения теплоты из окружающей среды.

(Важно: данная формулировка не противоречит I закону термодинамики.)

Пример нарушения II закона термодинамики в достаточно малых системах – броуновское движение, при котором взвешенная в жидкости частица получает кинетическую энергию от молекул окружающей среды, хотя температура среды не выше, чем температура смой броуновской частицы.

Задание. Изучите материал § 5.8 и 5.9. Рассмотрите предложенные ситуации, объясните происходящие явления.

Для выполнения задания группа использует лабораторное оборудование.

Груз на нити совершает колебания.

Что изменилось бы, если колебания совершались бы в вакууме?

Сосуд разделен перегородкой. В первой половине находится газ, во второй – вакуум. Что произойдет, если перегородку убрать? Вернется ли газ самопроизвольно через некоторое время в половину 1?

Сравните две ситуации и сделайте вывод.

1. Два тела привели в соприкосновение. Укажите направление теплопередачи. Может ли самопроизвольно теплота передаваться в обратном направлении?

2.В стакан с водой опустили кусочек марганцовки. Через некоторое время получился равномерно окрашенный раствор. Может ли снова образоваться кусочек марганцовки?

Задание. Изучите материал § 5.8 и 5.9. Постройте схему устройства, в котором нарушается постулат Клаузиуса; Кельвина. Докажите эквивалентность различных формулировок II закона термодинамики.

К ответу учащихся.

Предполагаемые рассуждения учащихся по доказательству эквивалентности различных формулировок:

1.Предположим, что постулат Кельвина несправедлив.

Тогда можно осуществить такой процесс, единственным результатом которого было бы совершение работы A за счет энергии Q, взятой от единственного источника с температурой T.

Эту работу можно было бы путем трения снова целиком превратить в теплоту, передаваемую телу, температура которого выше, чем T.

Единственным результатом такого составного процесса был бы переход теплоты от тела с температурой T к телу с более высокой температурой. Но это противоречило бы постулату Клаузиуса.

Вывод: постулат Клаузиуса не может быть справедливым, если неверен постулат Кельвина (Томсона).

2.Предположим, что несправедлив постулат Клаузиуса, что постулат Кельвина также не может выполняться.

Построим обычную тепловую машину (левая часть рисунка). Так как постулат Клаузиуса предполагается неверным, можно осуществить процесс, единственным результатом которого будет переход Q2 от холодильника к нагревателю (правая часть рисунка). В результате нагреватель будет отдавать рабочему телу машины теплоту Q1 и получать при процессе, противоречащем постулату Клаузиуса, теплоту Q2, так что в целом он будет отдавать количество теплоты, равное Q1 — Q2. Такое количество теплоты машина превращает в работу.

В холодильнике в целом никаких изменений вообще не происходит, т.к. он отдает и получает одно и тоже Q2.

Комбинируя тепловую машину и процесс, противоречащий постулату Клаузиуса, можно получить процесс, противоречащий постулату Кельвина.

Таким образом, либо верны оба постулата, либо оба постулата неверны, и в этом смысле они эквивалентны.

Цикл является обратимым, если он состоит из обратимым процессов, т.е.таких, которые можно провести в любом направлении через одну и ту же цепочку равновесных состояний.

а) Адиабатические процессы обратимы, если их проводить достаточно медленно.

б) Изотермические процессы – это единственные процессы с теплообменом, которые могут быть проведены обратимым образом.

При любом другом процессе температура рабочего тела изменяется!

4. Представление группами результатов работы.

Общее время на представление результатов работы групп составляет 20-25 минут.

Каждая группа представляет классу результаты своей работы, отвечает на уточняющие, углубляющие понимание материала вопросы ребят, учителя.

По ходу сообщения группы все учащиеся составляют в тетрадях тезисный конспект, включающий в себя основные понятия, положения, закономерности, схемы и другие важные для понимания темы пометки.

5.Закрепление полученных знаний.

Время работы- 8-10 минут.

Вниманию учащихся предлагается сообщение ученика по опережающему заданию.

Задача: Объяснить необратимость реальных тепловых процессов с точки зрения статистической механики.

Рассмотрим с точки зрения МКТ модель “вечного” двигателя второго рода.

  1. Газ самопроизвольно собирается в левой половине цилиндра.
  2. Поршень подвигают вплотную к газу. При этом внешние силы работу не совершают, т.к. газ, собравшийся в левой половине, не оказывает давления на поршень.
  3. Подводим к газу теплоту и заставляем его изотермически расширяться до первоначального объема. При этом газ совершает работу за счет подведенного тепла.
  4. После того, как поршень перейдет в крайнее правое положение, необходимо ждать, пока газ снова не соберется самопроизвольно в левой половине сосуда, и затем повторяем все снова.

1.Термодинамический подход не объясняет природу необратимости реальных процессов в макроскопических системах.

2.Молекулярно-кинетический подход позволяет проанализировать причины необратимости.

Итог: Получилась периодически действующая машина, которая совершает работу только за счет получения теплоты от окружающей среды.

(МКТ позволяет объяснить, почему такое устройство не будет работать.

Учащимся предлагается поразмышлять над этим вопросом.)

Теперь становится возможным объяснение того, какой смысл вкладывается в понятие необратимого процесса: процесс является необратимым, если обратный процесс в действительности почти никогда не происходит.

Рассмотренный материал станет основой изучения материала следующего урока по теме “Тепловые двигатели”

6. Проверочная работа.

Время работы – 5-7 минут.

1.Когда тело получает тепло за счет совершения механической работы, то это означает необратимое превращение кинетической энергии упорядоченного макроскопического движения в кинетическую энергию хаотического движения молекул.

2.Превращение теплоты в работу, означает превращение энергии беспорядочного движения молекул в энергию упорядоченного движения макроскопического тела.

Источник

Необратимость процессов в природе примеры

При соприкосновении тел процесс теплопередачи происходит самопроизвольно от горячего тела к холодному до тех пор, пока оба тела не будут иметь одинаковые температуры. Например, чашка с горячим чаем. Все макроскопические процессы в природе протекают только в одном определенном направлении. В обратном направлении они самопроизвольно протекать не могут. Необратимый процессэто любой процесс, сопровождающийся трением, т.к. при трении часть механической энергии превращается в теплоту. Любой реальный процесс – необратим. (Старение; прыжки с трамплина и т.д.).

Обратимый процессэто процесс, при котором система, переходя из состояния 2 в состояние 1, проходит те же промежуточные точки, что и при переходе из состояния 1 в состояние 2. Этот процесс допускает возможность возвращения системы в первоначальное состояние без каких-либо изменений в окружающей среде. (Шарик в вакууме падает на абсолютно упругую плиту; колебания маятника в вакууме)

Понятие о втором начале термодинамике.

Второй закон термодинамики (формулировка Клаузиуса):теплообмен протекает в направлении от более горячих тел к более холодным.

— математическая запись второго закона термодинамики.

Тепловые двигатели.

Тепловыми двигателяминазывают двигатели, которые превращают внутреннюю энергию топлива в механическую работу. Для того чтобы двигатель совершал работу, необходима разность давлений по обе стороны поршня двигателя. Разность давлений достигается за счет повышения температуры рабочего тела (газа) на сотни или тысячи градусов по сравнению с температурой окружающей среды. Такое повышение температуры происходит при сгорании топлива.

Принцип действия тепловой машины.Любая тепловая машина должна иметь нагреватель, рабочее тело и охладитель (холодильник). Нагреватель сообщает рабочему телу (газу) некоторое количество теплоты Q1 , что приводит к увеличению его внутренней энергии. Рабочее тело совершает работу за счет запаса внутренней энергии. Рабочим телом у всех тепловых машин является газ, который образуется при сгорании топлива в цилиндре двигателя и при расширении совершает работу. В двигателе газ при расширении не может отдать всю свою внутреннюю энергию на совершение работы. Часть теплоты Q2 передается холодильнику (атмосфере) вместе с отработанным паром или выхлопными газами двигателей. Эта часть внутренней энергии теряется .

Рабочее тело двигателя получает при сгорании топлива количество теплоты Q1 , совершает работу и передает холодильнику количество теплоты Q2 <Q1 .

Коэффициентом полезного действия (КПД) теплового двигателяназывают отношение работы, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя:

Источник