Наука как социокультурное явление
advertisement
СОДЕРЖАНИЕ 1 .Наука как социокультурное явление………………………………3 2.Основные законы генетики…………………………………………9 3.В чем суть принципа возрастания энтропии?…………………….12 Список использованной литературы………………………………..16 2 НАУКА КАК СОЦИОКУЛЬТУРНОЕ ЯВЛЕНИЕ О таком многофункциональном явлении как наука можно сказать, что это: - отрасль культуры; - способ познания мира; - специальный институт (в понятие института здесь входит не только высшее учебное заведение, но и наличие научных обществ, академий, лабораторий, журналов и т.п.). По каждой из данных номинаций наука соотносится с другими формами, способами, отраслями, институтами. Для того, чтобы эти взаимоотношения прояснить, нужно выявить специфические черты науки, прежде всего те, которые отличают ее от остального. Каковы они? 1. Наука УНИВЕРСАЛЬНА - в том смысле, что она сообщает знания, истинные для всего универсума при тех условиях, при которых они добыты человеком. 2. Наука ФРАГМЕНТАРНА - в том смысле, что изучает не бытие в целом, а различные фрагменты реальности или ее параметры, а сама делится на отдельные дисциплины. Вообще понятие бытия как философское не применимо к науке, представляющее собой частное познание. Каждая наука как таковая есть определенная проекция на мир, как бы прожектор, высвечивающий области, представляющие интерес для ученых в данный момент. 3. Наука ОБЩЕЗНАЧИМА - в том смысле, что получаемые ею знания пригодны для всех людей, и ее язык - однозначный, поскольку наука стремится как можно более четко фиксировать свои термины, что способствует объединению людей, живущих в самых разных уголках планеты. 4. Наука ОБЕЗЛИЧЕНА - в том смысле, что ни индивидуальные особенности ученого, ни его национальность или место проживания никак не представлены в конечных результатах научного познания. 5. Наука СИСТЕМАТИЧНА - в том смысле, что она имеет определенную структуру, а не является бессвязным набором частей. 6. Наука НЕЗАВЕРШЕННА - в том смысле, что хотя научное знание безгранично растет, оно все-таки не может достичь абсолютной истины, после которой уже нечего будет исследовать. 7. Наука ПРЕЕЕМСТВЕННА - в том смысле, что новые знания определенным образом и по определенным правилам соотносятся со старыми знаниями. 8. Наука КРИТИЧНА - в том смысле, что всегда готова поставить под сомнение и пересмотреть свои даже самые основополагающие результаты. 9. Наука ДОСТОВЕРНА - в том смысле, что ее выводы требуют, допускают и проходят проверку по определенным, сформулированным в ней правилам. 10. Наука ВНЕМОРАЛЬНА - в том смысле, что научные истины нейтральны в морально-этическом плане, а нравственные оценки могут относится либо к деятельности по получению знания (этика ученого требует от 3 него интеллектуальной честности и мужества в процессе поиска истины), либо к деятельности по его применению. 11. Наука РАЦИОНАЛЬНА - в том смысле, что получает знания на основе рациональных процедур и законов логики и доходит до формулирования теорий и их положений, выходящих за рамки эмпирического уровня. 12. Наука ЧУВСТВЕННА - в том смысле, что ее результаты требуют эмпирической проверки с использованием восприятия, и только после этого признаются достоверными. Эти свойства науки образуют шесть диалектических пар, соотносящихся друг с другом: универсальность - фрагментарность, общезначимость -обезличенность, систематичность - незавершенность, преемственность -критичность, достоверность внеморальность, рациональность чувственность. Кроме того, для науки характерны свои особые методы и структура исследований, язык, аппаратура. Всем этим и определяется специфика научного исследования и значение науки. Паука отличается от МИФОЛОГИИ тем, что стремится не к объяснению мира в целом, а к формулированию законов развития природы, допускающих эмпирическую проверку. Наука отличается от МИСТИКИ тем, что стремится не к слиянию с объектом исследования, а к его теоретическому пониманию и воспроизведению. Наука отличается от РЕЛИГИИ тем, что разум и опора на чувственную реальность имеют в ней большее значение, чем вера. Наука отличается от ФИЛОСОФИИ тем, что ее выводы допускают эмпирическую проверку и отвечают не на вопрос "почему?", а на вопрос "как?", "каким образом?". Наука отличается от ИСКУССТВА своей рациональностью, не останавливающейся на уровне образов, а доведенной до уровня теорий. Наука отличается от ИДЕОЛОГИИ тем, что ее истины общезначимы и не зависят от интересов определенных слоев общества. Наука отличается от TEXНИКИ тем, что нацелена не на использование полученных знаний о мире для его преобразования, а на познание мира. Наукa отличается от обыденного сознания тем, что представляет собой теоретическое освоение действительности. Наука в ее современном понимании является принципиально новым фактором в истории человечества, возникших в недрах новоевропейской цивилизации в XVI - XVII веках. Она появилась не на пустом месте. Немецкий философ К.Ясперс говорит о двух этапах становлении науки. I этап: "становление логически и методически осознанной науки -греческая наука и параллельно зачатки научного познания мира в Китае и Индии". II этап: "возникновение современной науки, вырастающей с конца средневековья, решительно утверждающейся с XVII в. и развертывающейся во 4 всей своей широте с XIX в." (К.Ясперс. Смысл и назначение истории.-М.,1994.-С.100). Именно в XVII в. произошло то, что дало основание говорить о научной революции - радикальной смене основных компонентов содержательной структуры науки, выдвижении новых принципов познания, категорий и методов. Социальным стимулом развития науки стало растущее капиталистическое производство, которое требовало новых природных ресурсов и машин. Для осуществления этих потребностей и понадобилась наука в качестве производительной силы общества. Тогда же были сформулированы и новые цели науки, которые существенно отличались от тех, на которые ориентировались ученые древности. Греческая наука была умозрительным исследованием (само слово теория в переводе с греческого означает умозрение), мало связанным с практическими задачами. В этом Древняя Греция и не нуждалась, поскольку все тяжелые работы выполняли рабы. Ориентация на практическое использование научных результатов считалось не только излишней, но даже неприличной, и такая паука признавалась низменной. Только и XVII в. наука стала рассматриваться в качестве способа увеличения благосостояния населения и обеспечения господства человека над природой. Декарт писал: "Возможно вместо спекулятивной философии, которая лишь задним числом понятийно расчленяет заранее данную истину, найти такую, которая непосредственно приступает к сущему и наступает на него, с тем, чтобы мы добыли познания о силе и действиях огня, воды, воздуха, звезд, небесного свода и всех прочих окружающих нас тел, причем это познание (элементов, стихий) будет таким же точным, как наше знание разнообразных видов деятельности наших ремесленников. Затем мы таким же путем сможем реализовать и применить эти познания для всех целей, для которых они пригодны, и таким образом эти познания (эти новые способы представления) сделают нас хозяевами и обладателями природы" (Декарт Р. Рассуждение о методе. Избр.произв.-М., 1950.-С.305). Современник Декарта Ф.Бэкон, также много сил потративший для обоснования необходимости развития науки как средства покорения природы, выдвинул знаменитый афоризм: "Знание-сила". Ф.Бэкон пропагандировал эксперимент как главный метод научного исследования, нацеленный на то, чтобы пытать мать - природу. Именно пытать. Определяя задачи экспериментального исследования, Ф.Бэкон использовал слово "inquisition", имеющее вполне определенный ряд значений - от "расследования", "следствия" до "пытки", "мучения". С помощью такой научной инквизиции раскрывались тайны природы (сравни русское слово "естествоиспытатель"). Стиль мышления в науке с тех пор характеризуется следующими двумя чертами: - опора на эксперимент, поставляющий и проверяющий результаты; 5 господство аналитического подхода, направляющего мышление на поиск простейших, далее неразложимых первоэлементов реальности (редукционизм). Благодаря соединению этих двух основ возникло причудливое сочетание рационализма и чувственности, предопределившее грандиозный успех науки. Отметим как далеко не случайное обстоятельство, что наука возникла не голыш в определенное время, но и в определенном месте — в Европе XVI века. Причина возникновения науки - своеобразный тип новоевропейской культуры, соединившей в себе чувственность с рациональностью; чувственность, не дошедшую, как, скажем, в китайской культуре, до чувствительности, и рациональность, не дошедшую до духовности (как у древних греков). Ни когда ранее в истории культуры не встречавшееся причудливое сочетание особой чувственности с особой рациональностью и породило науку как феномен западной культуры. Западную культуру не зря называли рациональной, и ее непохожая на греческую рациональность оказалась очень хорошо увязана с капиталистическим строем. Она позволила все богатство мира свести в однозначно детерминированную систему, обеспечивающую за счет разделения труда и технических нововведений (тоже следствия рационализма) максимальную прибыль. Но у выдающегося социолога XX в. П.Сорокина были основания и для того, чтобы назвать западную культуру чувственной, поскольку она старалась прочно опираться на опыт. Обе черты западной культуры понадобились для развития науки вместе с еще одной, также для нее характерной. "В греческом мышлении ответ на поставленный вопрос дается в результате убеждения в его приемлемости, в современном - посредством опытов и прогрессирующего наблюдения. В мышлении древних уже прослое размышление называется исследованием, в современном - исследование должно быть деятельностью" (Ясперс К. Смысл и назначение истории.-С. КМ). В пауке нашла свое выражение еще одна специфическая черта западной культуры ее деятельностная направленность. Деятельностной направленности ума благоприятствовал умеренно-континентальный климат этого региона. Таким образом, имело место взаимовлияние природных, социальных и духовных факторов. Итак, если теперь попытаться дать общее определение науки, то оно будет выглядеть так: наука - это особый рациональный способ познания мира, основанный на эмпирической проверке или математическом доказательстве. Возникнув после философии и религии, наука, в определенной степени, синтез этих двух предшествовавших ей отраслей культуры, результат "существовавшей в средние века непререкаемой веры в рациональность Бога, сочетающего личную энергию Иеговы с рациональностью греческого философа" (Пригожий И., Стенгерс И. Порядок из хаоса.-М.,1986.-С.92). Взаимоотношения науки с другими отраслями культуры не безоблачными. Имела место довольно жесткая, порой жестокая борьба за духовное лидерство. В средние века политическая и вместе с нею духовная власть принадлежала религии, и это накладывало отпечаток на развитие науки. Вот что писал - 6 русский историк и философ Н.И.Кареев о взаимоотношении науки и религии в то время: "На человеческую мысль была наложена церковью самая строгая опека: занятие наукой и ее преподавание поручалось только церковникам, за которыми, однако, власти бдительно следил и... Церковь считала себя вправе силою приводить человека к истине и предавать его светской власти для казни "без пролития крови", если он упорствовал...Крайний аскетический взгляд на знание приводил даже к отрицанию какой бы то ни было науки как суетного знания, ведущего к гибели" (Кареев П.И. Философия культуры и социальной истории нового времени.-СПб.,1893.-С.65). Наука в основном должна была служить иллюстрацией и доказательством теологических истин. Как писал Дж. Бернал, "вплоть до XVIII в. наука продолжала интересоваться главным образом небом" ( Бернал Дж. Роль науки в жизни общества М., 1957). Но изучение неба и привело к последующему могуществу науки. Начиная с Коперника стало ясно, что наука не то, что теология и обыденное знание. Борьба между наукой и религией вступила в решающую стадию. За торжество научного мировоззрения отдал жизнь Джордано Бруно, так когда-то за торжество философии и религии пожертвовали собой Сократ и Христос. И вот парадокс: приговорили к смерти и заставили выпить чашу с ядом Сократа в начале IV в. до н.э., - и в том же веке философия победила, появились школы учеников Сократа и платоновская академия. Распяли Христа в I в., - и в том же его ученики создали церковь, которая через два века победила философию. Сожгли Дж. Бруно в 1600году, - и в том же веке наука победила религию. Торжество смерти оборачивалось торжеством духа, который оказывался сильнее смерти. Физическая власть утверждается насилием, духовная - жертвой. Итак, культура развивается не только эволюционным путем накопления отдельных достижений, но и революционным путем смены значения ее отраслей. Программа Сократа достичь всеобщего блага посредством философского знания оказалась нереализованной и пала под давлением античного скептицизма. Люди поверили Христу и 1,5 тысячелетия ждали второго пришествия, но дождались индульгенций для богатых и костров инквизиции. В эпоху возрождения господство религиозного мышления и церкви было подорвано как изнутри, так и снаружи. Философские и религиозные усилия по созданию общезначимых знания и веры, приносящим людям счастья, не оправдались, но потребность в систематизации и единстве знаний и счастье осталась, и теперь наука дала надежды на ее реализацию. Произошел великий поворот в развитии культуры - наука поднялась на ее высшую ступень. В ос современном виде наука сформировалась в XVI –XVIIв. И тогда же ей удалось одержать победу над другими отраслями культуры и, прежде всего, над господствовавшей в то время религией. Паука победила в XVII и. все другие отрасли культуры и сохраняла доминирующую роль до ХХв. Своей победой она обязана, прежде всего, естествознанию, которое лежит в фундаменте научного знания. 7 С тех пор значение науки неуклонно возрастало вплоть до XX века, и вера в науку поддерживалась ее огромными достижениями. В середине XX века в результате растущей связи науки с техникой произошло событие, равное по масштабу научной революции XVII века, получившее название научно-технической революции и ознаменовавшее новый, третий этап в развитии научного знания.1 1 Концепции современного естествознания. Учебн. Пособие под ред. Г.Н.Горохова.-М.,1998. 8 ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ГЕНЕТИКИ Убедившись на примерах неоднократного самоопыления гороха, что исходные (родительские) растения являются чистолинейными, Г.Мендель скрещивал их путем нанесения на пестик цветка растения одной линии пыльцы, взятой из цветка другой линии, и наоборот. Когда в скрещивания были вовлечены растения двух линий, различающиеся, например, по такой парс контрастирующих признаков, как круглая и угловатая форма семян, т.е. одно скрещиваемое растение давало круглые семена, а другое - угловатые, а затем от них были получены гибриды первого поколения (F1), то оказалось, что все эти гибриды единообразны, так как похожи на растения одной из родительской линий (имели семена круглой формы). Таким образом, Г.Мендель обнаружил, что гибриды, полученные после скрещивания растений каких-либо двух чистых линий, различающихся по паре контрастирующих признаков, проявляют лишь один признак из этой пары. Признаки, которые обнаруживались у гибридов первого поколения, Г.Мендель назвал доминантными. Продолжая эксперименты, Г.Мендель допустил самоопыление гибридов первого поколения. В отличии от единообразия гибридов F1 среди гибридов второго поколения (F2 ) встречались и особи, у которых проявлялся доминантный признак одного из родителей, и особи с признаками другого родителя, т.е. признаком, который находился в скрытом состоянии у гибридов F1. Следовательно, применительно к любой паре контрастирующих признаков, по которым различались растения скрещиваемых линий, отсутствие одного из контрастирующих признаков у гибридов F1 не означало, что этот признак навсегда исчезал. Будучи лишь подавленным, или скрытым, у гибридов F1 этот контрастирующий признак обнаруживался затем у гибридов F2. Исходя из поведения контрастирующих признаков в скрещиваниях, Г.Мендель назвал признаки, подавляемые в гибридах, рецессивными признаками. Впоследствии полное доминирование, обнаруженное Г.Менделем, было показано многими исследователями у гибридов животных (млекопитающие, рыбы и т.д.) и растений. В тоже время отмечено и отсутствие домнпантностп отдельных признаков как у животных, так и у растений. Наконец, у многих живых существ отдельные признаки наследуются по частично доминантному типу, что бывает, когда одни признаки не полностью подавляют другие. Как следует из сказанного, доминантность того или иного признака может быть выражена в различной степени и может отсутствовать полностью. Однако важно подчеркнуть, что во всех выполненных к настоящему скрещиваниях, независимо от степени доминантности какого-либо признака, все гибриды первого поколения по этому признаку единообразны. Как отмечено выше, гибридам F2 садового гороха в экспериментах Г.Менделя было свойственно разнообразие, так как среди них встречались особи с доминантными и особи с рецессивными признаками. Можно сказать, 9 что гибриды F2 были двух типов: растения первого типа были похожи на организмы одной, а второго типа - на организмы другой прародительской линии. Когда Г.Мендель провел подсчет гибридных растений Р2,различающихся по форме семян, то оказалось, что из7324 полученных гибридов 5474(74,74%) давили круглые семена (доминантный признак), а 1850(25,26%) - угловатые (рецессивный признак), т.е. Ул всех гибридов F2 были похожи на растения одной прародительской линии, а % - на растения другой. Другими словами, отношение между гибридами F2 с круглыми и такими же гибридами с шероховатыми семенами есть отношение между доминантными и рецессивными признаками гибридов. Аналогичные отношения между разными гибридами второго поколения были выявлены и в скрещиваниях, в которых наблюдению подлежали остальные контрастирующие признаки садового гороха. , У гибридов F2 обнаруживался каждый признак из любой пары контрастирующих признаков, т.е. у гибридов F2 признаки подвергались расщеплению (сегрегации). Обнаружение расщепления признаков во втором поколении гибридных растений садового гороха имело огромное значение, так как, исходя из данных о частоте расщепления, Г.Мендель раскрыл внутреннее содержание этого явления, сформулировал гипотезу о существовании факторов (единиц) наследственности. Эта гипотеза переросла потом в теорию гена. Установив расщепление генов в моногибридных скрещиваниях, Г.Мендель столкнулся с необходимостью выяснить, каким образом разные пары признаков садового гороха ведут себя по отношению одна к другой, если наблюдение за их передачей от одного поколения к другому вести одновременно. Поэтому следующую часть экспериментов Г.Менделя составляли скрещивания растений садового гороха, различающихся сразу по двум парам альтернативных признаков, т.е. по двум парам разных генов (контролирующих две разные пары признаков) одновременно. Такие скрещивания называются дигибридными. Проведенные эксперименты показали, что гибриды F1 в этих скрещиваниях похожи на гибриды F1, возникающие в моногибридных скрещиваниях 11оскольку круглая форма семян доминантна но отношению к угловатой, а желта” окраска семян доминантна по отношению к зеленой, гибриды 1;1 давали круглые семена, имеющие желтую окраску. Проводя скрещивания гибридов F1 друг с другом или допуская их самоопыление, Г.Мендель получил гибриды F2, от которых затем исследовал 556 семян по форме и окраске. Он обнаружил, что раздельно как по форме, таки по окраске семян фенотипическое расщепление (отношение количества семян с доминантными признаком к количеству семян с рецессивным признаком) проявляется в отношении 3:1, или 3/4 : 1/4. Такого характера расщепления по форме и окраске семян следовало ожидать, исходя из результатов моногибридных скрещиваний. Однако в данном случае вопрос заключался в другом: независимо ли расщепление одной пары альтернативных признаков (круглая и угловатая форма семян) от 10 расщепления другой пары признаков (желтая и зеленая окраска семян) или эти пары признаков тесно связаны между собой? Чтобы получить ответ на этот вопрос, Г.Мендель разделил все 556 семян по обеим парам признаков одновременно и получил следующие данные: круглых желтых было 315 семян, круглых зеленых - 108, угловатых желтых 101 семя, угловатых зеленых - 32 семени. Как видно, наряду с семенами, похожими на, которые давали растения исходных родительских линий (круглые желтые и угловатые зеленые), гибриды F2 образовывали также семена, похожие на семена исходных родительских растений только по форме или по окраске. Следовательно, из растений с круглыми семенами, составлявших 3/4 количества исследованных растений (вся группа), 3/4 имели желтые семена и 1/4 - зеленые. Среди растений с угловатыми семенами, составлявших % всех исследованных растений, было 3/4 с желтыми семенами и 1/4 - с зелеными. Анализ этих количественных отношений приводил к такому заключению: - 3/4 от 3/4 всех растений исследованной группы F2, или 9/16, обладали обоими доминантными признаками (круглая форма и желтая окраска); - 1/4 от 3/4 всех растений группы, или 3/16, имели один доминантный (круглая форма семян) или один рецессивный (зеленая окраска семян) признак, т.е. наблюдались признаки в новых сочетаниях (рекомбинациях); - для 3/4 от 1/4 растений всей группы, или 3/16, было характерно еще новое сочетание доминантного и рецессивного признаков (угловатая форма и желтая окраска семян); 1 /4 от 3/4 растений всей группы, или 1/16, обладали обоими рецессивными признаками (угловатая форма и зеленая окраска семян). Возвращаясь к количественным данным по систематизации семян с учетом их формы и окраски (315 круглых желтых, 108 круглых зеленых, 101 угловатое желтое, 32 угловатых зеленых), легко заметить, что они очень близки к выведенным выше отношениям. Поэтому, опираясь на эти результаты, Г.Мендель сделал заключение, в соответствии с которым гибриды F2 по двум парам признаков являются организмами четырех типов, перераспределяющихся в количественном отношении9/16:3/16:3/16:1/16, или 9:3:3:1. Таким образом, результаты дигибридных скрещиваний садового гороха свидетельствовали о том, что расщепление одной пары признаков (круглая и угловатая форма семян) совершенно не связано с расщеплением другой пары (желтая и зеленая окраска семян) и для семян гибридов F2 характерны не только родительские комбинации признаков, но и рекомбинации (новые комбинации), т.е. сочетание двух пар признаков имеет независимый характер. 11 В ЧЕМ СУТЬ ПРИНЦИПА ВОЗРАСТАНИЯ ЭНТРОПИИ Принцип возрастания энтропии составляет сущность II начала термодинамики. С.Карно ввел понятие циклического (кругового) процесса. Наблюдая действие паровой машины, он обратил внимание, что используемый для перемещения цилиндра пар затем выпускается в среду с меньшей температурой, где он снова превращается в воду (конденсат), причем конденсат в дальнейшем более не используется. Карно ставит вопрос о возможности использования отработанного конденсата, о возможности возвращения конденсата в котел, где он вновь нагреется, превратится в пар, который при своем дальнейшем расширении вновь совершит работу над поршнем. Таким образом, вода будет проходить полный цикл—ряд процессов, в результате которых возвратится в исходное состояние. Второй важный шаг состоял в том, что Карно установил, что подобный непрерывный циклический процесс возможен лишь при наличии двух нагревателей: нагревателя при высокой температуре Т1, и холодильника при более низкой температуре Т2.Кроме нагревателя и холодильника необходимо рабочее тело. Рабочее тело, забирая у нагревателя количество теплоты Q1, произведя работу, для восстановления своих исходных параметров (для обеспечения непрерывности цикла) должно отдать некоторое количество теплоты Q2, холодильнику. Далее Карно вводит для характеристики тепловой машины понятие коэффициента полезного действия (КПД), рассматриваемого как отношение работы, совершаемой рабочим телом, к количеству теплоты Q1, взятой у нагревателя: КПД=(А/Q1) х 100% При этом он демонстрирует поистине научно-теоретический подход, ибо пытается определить КПД машины независимо от "какого-либо механизма", "какого-либо определенного агента", то есть предлагает рассмотреть идеальную тепловую машину. Основная особенность этой идеальной машины состоит в том, что все изменения в ней должны происходить обратимым путем. В природе строго обратимых процессов не существует. Карно пришел к совершенно верному выводу о том, что КПД идеальной машины зависит только от температур нагревателя и холодильника, а КПД любой другой машины всегда меньше КПД идеальной тепловой машины. Уже после смерти Сади Карно, в 1850 году, Клазиус дал новое строгое математическое описание цикла Карно с точки зрения сохранения энергии. Согласно I началу термодинамики количество теплоты, отдаваемое рабочим телом холодильнику Q2, должно быть меньше количества теплоты, взятого у нагревателя Q1, на величину произведенной работы: A=Q1-Q2. В 1852 году Уильям Томсон пришел к аналогичным выводам. Он указал на существование в природе универсальной тенденции к деградации механической энергии. Значение работ Клаузиуса и Томсона трудно 12 переоценить. Фактически они объединили при анализе работы тепловой машины две концепции: концепцию Майера, Джоуля, Колъдинга о сохранении энергии и принцип Карно, утверждающий зависимость КПД машины от разности температур нагревателя и холодильника. Тем самым, были утверждены I и II начала термодинамики. Взяв оба эти начала за исходные, Клаузиус получил выражение для КПД идеальной тепловой машины: КПД = (Т нагревателя — Т холодильника)/ Т нагревателя = (Т1-Т2)/Т1 и показал, что KПД любой тепловой машины должен быть меньше пли равен КПД идеальной машины: KПД любой машины < (Т1— Т2) / T1. Это утверждение также является одной из формулировок II начала термо-динамики. Итак, A/Q<(T1-T2)/T1 (Q1-Q2)/Q1 < (Т1-Т2)/Т1 Для идеальной машины Карно справедливо, что (Q1-Q2)/Q1 = (Т1-Т2)/Т1 Отсюда получается равенство Q1/T1=Q2/T2 или Q1/T1 - Q2/T2=0 Так как количество теплоты Q2 отдается холодильнику, его надо взять со знаком “минус”. Следовательно, получаем выражение: Q1/T1 + Q2/T2=0 Будем писать ∆Q вместо Q, подчеркивая, что речь идет о порции ∆Q, полученной рабочим телом от нагревателя, и порции∆Q2 потерянной им в холодильнике. ∆Q1/T1 + ∆Q2/T2=0 Полученное выражение напоминает закон сохранения, а это, в свою очередь, не может не привлечь внимания к величине ∆Q/T. В 1865 году Клаузиус ввел новое понятие энтропия (entropia — от греческого слова “поворот”, “превращение”). Клаузиус посчитал, что существует некоторая величина S, которая, подобно э.нергии, давлению, температуре, характеризует состояние газа. Когда к газу подводится некоторое количество теплоты AQ, то энтропия S возрастает на величину, равную ∆S=∆Q/T. В течение длительного времени ученые не делали различий между такими понятиями как температура и теплота. Однако ряд явлений указывал на то, что эти понятия следует различать. Так, при таянии льда теплота расходуется, а температура льда не изменяется в процессе плавления. После введения Клаузиусом понятия энтропии стало понятно, где пролегает граница четкого различения таких понятий как теплота и температура. Дело в том, что нельзя говорить о каком-то количестве теплоты, заключенном в теле. Это понятие не имеет смысла. Теплота может передаваться от тела к телу, переходить в работу, возникать при трении, но при этом она не является сохраняющейся величиной. Поэтому теплота определяется в физике не как вид энергии, а как мера 13 тиснении энергии. В то же время введенная Клаузиусом энтропия оказалась величиной, сохраняющейся в обратимых процессах. Это означает, что энтропия системы может рассматриваться как функция состояния системы, ибо изменение ее не зависит от вида процесса, а определяется только начальным и конечным состояниями системы. В идеальном цикле Карно энтропия сохраняется. Если процесс обратимый, как в круговом цикле Карно, то ∆Q1/T1+∆Q2/T2=0 Из этого соотношения следует, что энтропия рабочего тела на первой стадии возрастает ровно настолько, насколько она уменьшается на третьей стадии. На второй и на четвертой стадиях энтропия рабочего тела не изменяется, так как процессы здесь протекают адиабатически, без тепло обмена. Иными словами, в случае обратимых процессов ∆S=0, то есть S = const - энтропия изолированной системы в случае обратимых процессов постоянна. При необратимых процессах получаем закон возрастания энтропии: ∆S>0 Дня того чтобы осуществить обратимый процесс, необходимо, как это уже упоминалось, добиться очень медленного расширения или сжатия рабочего тела, чтобы изменения системы представляли собой последовательность равновесных состояний. В таком цикле совершение какой-либо полезной работы потребует бесконечно большого времени. Чтобы получить работу в короткие промежутки времени, то есть хорошую мощность, приходится нарушать условия идеального цикла. А это сразу приведет к неодинаковости температуры на разных участках системы, к потокам тепла от более горячих участков к менее горячим, то есть к возрастанию энтропии системы. Для описания термодинамических процессов I начала термодинамики оказывается недостаточно, ибо I начало термодинамики не позволяет определить направление протекания процессов в природе. Тот факт, что энтропия изолированной системы не может убывать, а только возрастает и достигает максимального значения в равновесном состоянии, является отражением того, что в природе возможны процессы, протекающие только в одном направлении — в направлении передачи тепла только от более горячих тел менее горячим. Существуют различные формулировки II начала термодинамики. Все они являются эквивалентными. Приведем некоторые из них: 1. Невозможны такие процессы, единственным конечным результатом которых был бы переход тепла от тела, менее нагретого, к телу, более нагретому. В природе возможны процессы, протекающие только в одном направлении — в направлении передачи тепла только от более горячих тел менее горячим. 2. КПД любой тепловой машины всегда меньше 100 %, то есть невозможен вечный двигатель (перпетуум-мобиле) II рода (так как 14 невозможно построить тепловую машину, работающую не за счет перепада теплоты, а за счет теплоты одного нагревателя). КПД любой реальной тепловой машины всегда меньше КПД идеальной тепловой машины. 3. Энтропии изолированной системы при протекании необратимых процессов возрастает, ибо система, предоставленная самой себе, переходит из менее вероятного состояния в более вероятное. Энтропия системы, находящейся в равновесном состоянии, максимальна постоянна. (∆S>0)1 1 Пасыков М.И. и др. Концепции современного естествознания. Р-н.Д.,2000. 15 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Концепции современного естествознания. Учебное пособие под ред. Г.Н. Горохова. М., 1981г. 2. Концепции современного естествознания. Учебное пособие под ред. проф. С.И.Самыгина. Р-н-Д., 2000г. 3. Пехов А.Л. Биология и общая генетика. М., 1993. 16