№12 [83]
00`00``01.12.2009 [Σ=2]
ЖУРНАЛ, ПОСВЯЩЕННЫЙ ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ НАУКЕ - «ОРГАНИЗМИКА»
Organizmica.org/.com/.net/.ru
НОВАЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ НАУКА ОРГАНИЗМИКА

Закон 3.3. Структурировано всё

3.3.1. Постановочная часть

Новая интерпретация второго и третьего начал термодинамики

Тюняев, академик РАЕН, президент Академии фундаментальных наук, 20.12.2009 г.

Подписка на журнал «Organizmica» в каталогах:
«Роспечать» - 82846; «Пресса России» - 39245

Энтропия (S) в термодинамике – мера необратимого рассеяния энергии; в теории систем – величина, обратная уровню организации системы; степень неупорядоченности открытой системы; энтропия в Организмике [1] – величина, показывающая уровень уменьшения организованности структуры и обратно пропорциональная организму (1) [2]:

  (1)

В общем случае температура (T) определяется, как производная от энергии [тела] в целом (E) по его энтропии (S):

  (2)

В термодинамике абсолютная температура T определяется через обратную величину 1/T, равную производной энтропии S по средней энергии системы при постоянстве остальных параметров x:

  (3)

Из (3), в частности, следует, что отрицательная температура (по отношению к «абсолютной») означает убывание энтропии с ростом средней энергии. С учётом (1) из выражения (3) получим (4) и (4a):

→ 1/T = – O–2Ex

→ T = – O2Ex

→ –T = O2Ex  (4)

OEx = v(–T)  (4a)

Выражение (4a) имеет решение в области действительных значений только в том случае, если температура отрицательна, то есть если средняя энергия растёт, а энтропия убывает. Иными словами, организация [системы] происходит при росте средней энергии и с убыванием энтропии. Или ещё точнее: формирование организма приводит к росту его средней энергии с одновременным уменьшением его энтропии.

В термодинамике понятие «энтропия» применено во втором начале термодинамики:

Знак равенства имеет место для обратимых процессов. В состоянии равновесия энтропия замкнутой системы достигает максимума, и никакие макроскопические процессы в такой системе, согласно второму началу термодинамики, невозможны. Отклонения термодинамических параметров от их равновесных значений (термодинамические силы) вызывают в системе потоки энергии и вещества. Происходящие процессы переноса приводят к росту энтропии системы. Приращение энтропии системы в единицу времени называют производством энтропии. Согласно второму началу термодинамики, в замкнутой изолированной системе энтропия, возрастая, стремится к своему равновесному максимальному значению, а производство энтропии – к нулю. В этом случае выражение (4a) не имеет решений в области действительных значений: [система] – разорганизовывается.

Между тем, применённые в формулировке второго начала термодинамики термины «при любом реальном процессе» при ближайшем их рассмотрении не полностью соответствуют действительности. Так, возьмём в любой замкнутой системе два одинаковых [тела, обладающие только массой] – организма, находящихся в равновесном состоянии. Из условия, в этой [системе] отсутствуют любые силы, внешние по отношению к [телам]-организмам. Согласно второму началу термодинамики, никаких процессов в этой [системе] происходить не будет.

Однако это не так. В работе [3] представлен общий вид закона «Коммуникативно всё» для любой пары взаимодействующих организмов (5):

Fij = ssOsiOsj / rij2.  (5)

Частный случай этого закона для организмов из нашего примера – [одинаковых тел, обладающих только массой] – известен как «закон гравитации Ньютона» (6):

Fg = γm1m2 / r2  (6)

Из выражения (6) видно, что оба организма [тела] будут притягиваться друг к другу силой гравитации, причём тем большей, чем будет меньше расстояние между ними. Движение организмов навстречу друг другу примет ускоренный характер и закончится объединением двух организмов в один – OΣ. Таким образом, получим ситуацию, описанную выражением (4a) – формирование организма приводит к росту его средней энергии с одновременным уменьшением его энтропии. Та часть энергии, на которую возрастает средняя энергии [системы], в физике получила название «энергии связи», которая в разных процессах высвобождается только принудительно, как и в рассмотренном примере с объединяющей силой гравитации.

В связи со сказанным, следует пересмотреть формулировку второго и третьего начал термодинамики. Напомним, второе начало термодинамики в прежнем виде устанавливает:

Третье начало термодинамики в прежнем виде устанавливает:

М. Планк сформулировал третье начало термодинамики как условие обращения в нуль энтропии всех тел при стремлении температуры к абсолютному нулю:

  (7a)

Очевидно, что вырабатывая третье начало термодинамики, исследователи исходили из того, что температура [системы] стремится к нулю, причём – из области положительных значений. Однако при одновременном равенстве нулю T и S выражение (2) не имеет смысла:

T = dE/dS →

→ 0 = dE/d0  (2b)

Очевидно, второе и третье начала термодинамики противоречат друг другу. А именно, второе начало устанавливает обязательное возрастание энтропии, а третье – обязательное стремление того же параметра к нулю. Но обязательными не могут быть два одновременных процесса, направленных противоположно. То есть только одно из направлений стремления энтропии является обязательным для системы.

Указанное противоречие удаётся разрешить, если второе начало термодинамики переформулировать следующим образом:

А третье начало термодинамики – следующим образом:

В итоге мы получаем формулировку закона Организмики «Структурировано всё»:

Или словами:

Литература: