3.3. Взаимосвязь массы и энергии как основа ядерной энергетики. Основные положения и выводы общей теории относительности

Эйнштейн обосновывает общую тео­рию относительности, которая распространяется и на системы движущиеся с ускоре­нием.

Согласно общей теории относительности свойства про­странства-времени определяются распределением и дви­жением масс материи. Любая масса создает поле тяготе­ния, искривляет пространство и меняет течение времени. Чем сильнее поле, тем медленнее течет время по сравне­нию с течением его вне поля. Общая теория относительности рассматривает движение тел в гравитаци­онном поле.

В соответствии с общей теорией относительности в ре­зультате действия поля тяготения движение материаль­ной точки, так же как и распространение светового луча, уже не является равномерным и прямолинейным.

Теория относительности связала массу не только с про­странством и временем, но и с энергией. Закон сохране­ния массы и закон сохранения энергии объеди­нены в единый закон сохранения массы и энергии:

Е = mс²,

где E – энергия, m – масса, с – скорость света в вакууме.

Теории относительности Эйнштейна, дополненные от­крытиями Фридмана и Хабла, сформировали новый взгляд на нашу Вселенную.

Появление этой релятивистской космологической модели рассматривается как третья глобальная революция в естествознании, которая приве­ла к отказу от всякого центризма.

3.4. Описание состояний в динамических и статических теориях. Законы термодинамики

Механическое движение тел подчиняется законам классической механики Ньютона, динамическим законам, устанавливающим, что дви­жение происходит под действием сил. Динамические законы имеют однозначный характер всех связей и зависимостей. Зная начальное состояние механической системы, можно однозначно определить ее последующие состояния. Динамические закономерности не допускают какой-либо неопределенности системы.

Термодинамика – наука о тепловых явлениях. Основа термодинамического метода – определение состояния термодинамической системы.

Система – совокупность тел, выделенная из пространства.

Если в системе возможен массо- и теплообмен между всеми ее составными частями, то такая система называется термодинамической.

Если между системой и окружающей средой отсутствует массо- и теплообмен, то такая система называется изолированной. Если отсутствует массообмен, но возможен теплообмен, то система называется закрытой. Если же между системой и окружающей средой возможен и массо-, и теплообмен, то система открытая.

I закон термодинамики (закон сохранения энергии): энергия не исчезает и не возникает вновь из ничего при протекании процесса, она лишь может переходить из одной формы в другую в строго эквивалентных отношениях.

Всякая термодинамическая система в любом состоянии обладает внутренней энергией – энер­гией теплового (поступательного, вращательного и ко­лебательного) движения молекул и потенциальной энер­гией их взаимодействия.

Возможны два способа измене­ния внутренней энергии термодинамической системы при ее взаимодействии с внешними телами: путем теплооб­мена и путем совершения работы.

В случае теплообме­на, если теплота поступает к веществу, то она может превращаться непосредственно в работу или может накапливаться в веществе.

Всякий раз, когда к системе подводится теплота (Q), оно зат­рачивается на увеличение её внутренней энергии (U) и мо­жет быть использовано на производство работы (А), т.е.

Q = U + А

Однако вся теплота не может быть потра­чено на полезную работу, часть теплоты теряется необратимо. В качестве элементарного примера можно привести работу электрической лампочки, которая сопро­вождается двумя эффектами – нагреванием и свечением. При изучении тепловых явлений очевидным оказался факт, что распространение тепла представ­ляет собой необратимый процесс. Хорошо известно, что тепло, возникшее, например, в результате какой-либо механической работы или в результате трения, нельзя превратить в энергию и потом использовать для произ­водства работы. Известно, что тепло передается от горячего тела к холодному, а не наоборот.

Все реальные системы явля­ются открытыми. Открытые системы способны обме­ниваться с окружающей средой веществом и энергией.

Взаимодействуя со средой, открытая система заимствует извне или новое вещество, или энергию и одно­временно выводит в среду использованное вещество и от­работанную энергию. Поскольку между веществом (мас­сой) и энергией существует глубокая взаимосвязь, выра­жаемая уравнением Эйнштейна Е= тс², то можно ска­зать, что в ходе своей эволюции система постоянно обме­нивается энергией с окружающей средой, а следователь­но, производит энтропию. Но в отличие от закрытых сис­тем эта энергия, характеризующая степень беспорядка в системе, не накапливается в ней, а удаляется в окружаю­щую среду.

Материальные структуры, способные рас­сеивать (диссипировать) энергию называются диссипативными.

Открытая система не мо­жет быть равновесной, так как ее функционирование требует непрерывного поступления из внешней среды энергии или вещества, богатого энергией. Таким образом, открытая система извлекает по­рядок из окружающей среды и тем самым вносит беспо­рядок в эту среду.

II закон термодинамики (закон возрастания энтропии): все естественные физические и химические процессы стре­мятся идти в направлении, соответствующем необра­тимому переходу полезной энергии в хаотическую, не­упорядоченную форму.