Новокузнецкий филиал-институт государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования
«Кемеровский государственный университет»
КУРСОВАЯ РАБОТА
ПО КУРСУ «ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОГРЕССИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»
Энергия, энтропия, энергетика. Идеи И. Пригожина и их значение для современной науки
Новокузнецк 2009
Реферат
Энергия, энтропия и энергетика. Идеи И. Пригожина и их значение для современной науки, специальность ЭПЗ-07, Новокузнецк, 2009 г., курсовая работа, пояснительная записка 26 стр., 8 источников, 1 приложение.
ЭНЕРГИЯ, ПОНЯТИЕ ЭНТРОПИИ, СТАТИСТИЧЕСКИЙ СМЫСЛ ПОНЯТИЯ ЭНТРОПИИ, ТЕРМОДИНАМИКА И ЭНТРОПИЯ, ТЕРМОДИНАМИКА НЕРАВНОВЕСНЫХ ПРОЦЕССОВ И ЭНТРОПИЯ, ЭНЕРГЕТИКА, ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА, ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА, ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИКА, ГИДРОЭНЕРГЕТИКА, ИДЕИ И. ПРИГОЖИНА И ИХ ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ СОВРЕМЕННОЙ НАУКИ
Объектом исследования является энергия, энергетика и энтропия.
Предмет исследования – виды энергетики, формы энергии, энтропия в термодинамике и термодинамике неравновесных процессов, исследования И. Пигожина.
Цель работы – выявить значение энергии, энтропии и энергетики. Рассмотреть идеи И. Пригожина и обозначить их значение для современной науки
В процессе работы были изучены теоретические аспекты энтропии, энергии и энергетики, рассмотрены виды энергетики и энтропии.
В результате исследования была выявлена роль энергии, энтропии и энергетики в физических процессах и науке; значение идей И. Пригожина.
Содержание
ВВЕДЕНИЕ
Энергия
Понятие энтропии. Статистический смысл понятия энтропии
Термодинамика и энтропия
Термодинамика неравновесных процессов и энтропия
Энергетика
Электроэнергетика
Теплоэнергетика
Ядерная энергетика
Гидроэнергетика
Идеи И. Пригожина и их значение для современной науки
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
Введение
Предметом работы является энергия, энтропия и энергетика. Целью данной работы является изучение энтропии, энергии, энергетики; рассмотрение равновесия в живой природе и изучение идей И. Пригожина. Поставленная цель, ставит решение следующих задач: рассмотрения понятия энтропии, энергии, энергетики статистического смысла данного понятия, энтропии как меры степени неопределенности; ознакомление с видами энергии и энергетики; изучение идей И. Пригожина и выявить их значение для современной науки.
Данная тема актуальна, так как трудно найти понятия более общие для всех наук (не только естественных) и, вместе с тем, иногда носящих оттенок загадочности, чем энтропия, энергия и энергетика. Энергия - не только одно из чаще всего обсуждаемых сегодня понятий; помимо своего основного физического (а в более широком смысле - естественнонаучного) содержания, оно имеет многочисленные экономические, технические, политические и иные аспекты.
Человечеству нужна энергия, причем потребности в ней увеличиваются с каждым годом. Вместе с тем запасы традиционных природных топлив (нефти, угля, газа и др.) конечны. Конечны также и запасы ядерного топлива - урана и тория, из которого можно получать в реакторах-размножителях плутоний. Практически неисчерпаемы запасы термоядерного топлива - водорода, однако управляемые термоядерные реакции пока не освоены и неизвестно, когда они будут использованы для промышленного получения энергии в чистом виде, т.е. без участия в этом процессе реакторов деления. Остаются два пути: строгая экономия при расходовании энергоресурсов и использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии.
Отчасти это связано с самими названиями. Если бы не звучное название “энтропия” осталась бы с момента первого рождения всего лишь “интегралом Клаузиуса”, вряд ли она бы не рождалась вновь и вновь в разных областях науки под одним именем. Кроме того, ее первооткрыватель Клаузиузус, первым же положил начало применению введенного им для, казалось бы узкоспециальных термодинамических целей понятия к глобальным космологическим проблемам (тепловая смерть Вселенной). С тех пор энтропия многократно фигурировала в оставшихся навсегда знаменитыми спорах. В настоящее время универсальный характер этого понятия общепризнан и она плодотворно используется во многих областях.
Энергия (от греч. enйrgeia — действие, деятельность), общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи. Вследствие существования закона сохранения энергии понятие энергии связывает воедино все явления природы. Энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает; она только может переходить из одной формы в другую. В соответствии с различными формами движения материи рассматривают различные формы энергии: механическую, электромагнитную, ядерную и др. Это подразделение до известной степени условно. Так, химическая энергия складывается из кинетической энергии движения электронов и электрической энергии взаимодействия электронов друг с другом и с атомными ядрами. Внутренняя энергия равна сумме кинетической энергии хаотического движения молекул относительно центра масс тел и потенциальных энергии взаимодействия молекул друг с другом. Энергия системы однозначно зависит от параметров, характеризующих состояние системы. В случае непрерывной среды или поля вводятся понятия плотности энергии, т. е. энергия в единице объема, и плотности потока энергии, равной произведению плотности энергии на скорость ее перемещения.
В относительности теории показывается, что энергия тела Е неразрывно связана с его массой Т соотношением Е = Тс2, где с — скорость света в вакууме. Согласно классической физике, энергия любой системы меняется непрерывно и может принимать любые значения. Согласно квантовой теории, энергия микрочастиц, движение которых происходит в ограниченной области пространства (например, электронов в атомах), принимает дискретный ряд значений. Атомы излучают электромагнитную энергию в виде дискретных порций — световых квантов, или фотонов.
Энергия измеряется в тех же единицах, что и работа: в системе СГС — в эргах, в Международной системе единиц (СИ) — в джоулях; в атомной и ядерной физике и в физике элементарных частиц обычно применяется внесистемная единица — электрон-вольт. [1, 32-34]
Понятие энтропии. Статистический смысл понятия энтропии
Энтропия (от греч. entropia - поворот, превращение) - мера неупорядоченности больших систем. Впервые понятие "энтропия" введено в XIX в. в результате анализа работы тепловых машин, где энтропия характеризует ту часть энергии, которая рассеивается в пространстве, не совершая полезной работы (отсюда определение: энтропия - мера обесценивания энергии). Затем было установлено, что энтропия характеризует вероятность определенного состояния любой физической системы среди множества возможных ее состояний. В закрытых физических системах все самопроизвольные процессы направлены к достижению более вероятных состояний, т. е. к максимуму энтропии . В равновесном состоянии, когда этот максимум достигается, никакие направленные процессы невозможны. Отсюда возникла гипотеза о тепловой смерти Вселенной. Однако распространение на всю Вселенную законов, установленных для закрытых систем, не имеет убедительных научных оснований. В XX в. понятие " энтропия " оказалось плодотворным для исследования биосистем, а также процессов передачи и обработки информации. Эволюция в целом и развитие каждого организма происходит благодаря тому, что биосистемы, будучи открытыми, питаются энергией из окружающего мира. Но при этом биопроцессы протекают таким образом, что связанные с ними "производство энтропии " минимально. Это служит важным руководящим принципом и при разработке современных технологических процессов, при проектировании технических систем. Количественная мера информации формально совпадает с "отрицательно определенной " энтропией. Но глубокое понимание соответствия энтропии физической и информационной остается одной из кардинальных недостаточно исследованных проблем современной науки. Ее решение послужит одним из важных факторов становления нового научно-технического мышления.[2, 48-49]
Энтропия широко применяется и в других областях науки: в статистической физике как мера вероятности осуществления какого-либо макроскопического состояния; в теории информации как мера неопределенности какого-либо опыта (испытания), который может иметь разные исходы. Эти трактовки имеют глубокую внутреннюю связь. Например, на основе представлений об информационной энтропии можно вывести все важнейшие положения статистической физики.
Понятие энтропия, как показал впервые энтропию Шрёдингер (1944), существенно и для понимания явлений жизни. Живой организм с точки зрения протекающих в нём физико-химических процессов можно рассматривать как сложную открытую систему, находящуюся в неравновесном, но стационарном состоянии. Для организмов характерна сбалансированность процессов, ведущих к росту энтропии, и процессов обмена, уменьшающих её. Однако жизнь не сводится к простой совокупности физико-химических процессов, ей свойственны сложные процессы саморегулирования. Поэтому с помощью понятия энтропии нельзя охарактеризовать жизнедеятельность организмов в целом.
Энтропия, характеризуя вероятность осуществления данного состояния системы, согласно (1) является мерой его неупорядоченности. Изменение энтропии DS обусловлено как изменением р, V и Т, так и процессами, протекающими при р, Т = const и связанными с превращением веществ, включая изменение их агрегатного состояния, растворение и химическое взаимодействие.
Изотермическое сжатие вещества приводит к уменьшению, а изотермическое расширение и нагревание - к увеличению его Энтропия, что соответствует уравнениям, вытекающим из первого и второго начал термодинамики: