Тема 9. Время.

1. Экспериментальные основания понятия времени.

Эволюционирующие системы. Проблема описания эволюции.

Циклические системы. Измерение времени.

2. Кинематографический принцип и уравнения эволюции.

3. Траекторная модель эволюции.

Механические траектории и их разновидности.

Траектории химических реакций в пространстве составов.

Траекторные карты и их основные свойства.

4. Кинетика эволюционных процессов.

Кинетические кривые и кинетические уравнения: интегральные, дифференциальные, операторные.

5. Два типа систем и процессов эволюции.

Динамические системы и их основные особенности: кинетическая и потенциальная энергия, фазовая траектория, базисные движения, эквивалентность пространства и времени.

Релаксационные системы и их основные особенности: гистерезис, свободная и связанная энергия, модель элементарных релаксаторов и времена релаксации (релаксационный спектр), неэквивалентность пространства и времени.

6. Особые случаи эволюции:

Эволюция в квантовой механике.

Эволюция в статистической механике.

Динамический хаос.

7. Методологические проблемы.

Существует ли физическое время?

Проблема "Стрелы времени".

Вопросы для самопроверки.

1. Сформулируйте различия между "пространственной" и "временной" координатами, используемыми для описания процессов эволюции.

2. В чем заключается разница между идеальными механическими системами и релаксационными системами с трением с точки зрения времени? К какому типу относятся химические системы с протекающими в них химическими превращениями?

3. Почему время "течет" только в одну сторону?

Тема 10. ЭНЕРГИЯ.

1. Экспериментальные основания для введения понятия энергии.

2. Сила и работа.

Два типа пространственных конфигураций системы (устойчивые и неустойчивые) и два типа процессов их изменения (вынужденные и самопроизвольные).

Необходимость преодоления сил сопротивления системы в вынужденных процессах, совершение внешней работы.

Физические модели силы: универсальные дальнодействующие и остаточные короткодействующие взаимодействия.

Обратимость работы в механических системах, работа как способ изменения внутренней характеристики - энергии.

Виды работы, их энергетическая эквивалентность, закон сохранения энергии и его универсальность,

3. Потенциальная энергия системы.

Взаимосвязь потенциальной энергии с координатами изображающей точки системы в пространстве состояний, модель поверхности потенциальной энергии (ППЭ).

Свойства ППЭ: сила как градиент, эквипотенциальные кривые.

Связь между формой ППЭ и формой реальной траектории системы. Динамические законы.

Применения модели ППЭ в механике и химии молекул.

4. Теплота:

"Системы с трением", несохранение работоспособности, тепловая форма энергии и обобщенный закон сохранения энергии,

Теплообмен как альтернативный способ изменения энергии.

Проблема преобразования работы и теплоты друг в друга.

Термодинамика как обобщение механики.

5. Равновесные состояния.

Критерии равновесия в механике и термодинамике.

Способы описания равновесного состояния и расчета его параметров.

Способы смещения равновесия за счет внешних воздействий, принципы Ле-Шателье - Брауна, Ленца и др.

6. Неравновесные состояния.

Критерии неравновесности состояний и систем.

Способы описания степени удаленности от равновесия.

Релаксационные процессы, их направление и скорость.

7. Взаимосвязь пространства, времени и энергии.

Принцип относительности. Специальная и общая теории относительности, их общенаучное значение.

Квантовая механика как свидетельство ограниченности пространственно-временных представлений в микроскопических масштабах.

Вопросы для самопроверки.

1. Перечислите возможные способы изменения энергии системы. Все ли они приводят к эквивалентным результатам?

2. Сформулируйте основные принципы динамики, связывающие характер эволюции системы с ее движущими силами.

3. Сформулируйте принципиальные отличия между обратимыми и релаксационными (необратимыми) системами с энергетической точки зрения.

4. Укажите применения модели ППЭ в химии. Каким образом эта модель, основанная на классических механических понятиях, может эффективно применяться для описания химических превращений, имеющих релаксационную природу?

5. Может ли работоспособность (свободная энергия) системы превышать запас ее внутренней энергии? Если да, то для каких типов систем это возможно и почему? Не нарушается ли при этом закон сохранения энергии?