ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Почему происходит перемешивание И Отступление 1 всемогущая термодинамика из "Атомы блуждают по кристаллу" Мы часто гозорн у5 железный в смысле очень твердый, способный сопротивляться разным испытаниям,— железный человек, железная клятва, железная воля. А между тем, железо — не очень твердый металл. Если, например, сделать из железа шестерню й поставить ее в коробку передач автомобиля, то автомобиль далеко не уедет. После нескольких сотен переключений шестерня выйдет из строя. Если ее вын пгь, то мы увидим, что зубья совершенно смяты. [c.9] Обычно, чтобы сделать железо более прочным, в него вводят углерод и получают сталь — сплав железа с углеродом. Самые большие мосты сооружены из конструкционной стали, в которой содержится до 0,2% углерода. Углерод делает сталь прочной, но не износостойкой. Если сделать из такой стали шестерню, то она проработает дольше чем железная, но сто тысяч километров без ремонта с ней не проедешь. [c.9] Диффузия в газах и жидкостях известна давно. Все хорошо знают, что если в сосуд впустить порции раз личных газов, то через некоторое время все газы равномерно перемешаются, т. е. число частиц каждого сорта в едпиице объема сосуда станет постоянным, концентрация выравняется. [c.10] Таким образом, мы приходим к новому определению диффузия — это перенос вещества, приводящий к самопроизвольному выравниванию концентрации различных веществ. Атомы (или молекулы) сорта Л перемещаются туда, где их меньше или нет совсем и где больше атомов сорта Б, и наоборот. В результате происходит диффузионное перемешивание в газах, жидкостях и твердых телах. [c.11] Задумаемся над, казалось бы, довольно очевидной вещью А почему происходит перемешивание Что заставляет частицы разных сортов перемешиваться Ответ вроде бы ясен перемешивание — результат теплового движения частиц. Но почему частицы не разделяются в результате теплового движения Возьмем пустой сосуд и впустим в него порцию азота и порцию кислорода. Газы перел ешаются. Подождем может быть через некоторое время оеи разделятся — в одной половине сосуда будет азот, в другой — кислород Не аут-то было. Точно так же легко перемешать соль и сахарный песок (тепловое движение тут ни при чем, их надо потрясти), но безнадежно было бы лсдать, пока они разделятся снова. [c.11] Попробуем в этом разобраться, исходя из самого общего, термодинамического подхода к проблеме. [c.11] Таким образом, в основе термодинамики лежит опыт, многократно проверенный и обобщенный в форме законов, а не модели, отражающие каши, как правило, упрощенные представления о свойствах материи. Вот почему законы термодинамики остались незыблемыми в бурях физических революций . Их не поколебали ни квантовая механика, ни теория относительности. [c.13] Опираясь на обобщенный опыт, н законы, термодинамика дает очень категорические ответы на вопросы. Спросим, например, может ли быть, чтобы температура тела самопроизвольно повысилась без источника тепла Нет, никогда —ответит термодинамика.— Должен быть источник тепла печка или машина, совершающая работу, которую можно превратить в тепло, например, посредством трения . Тепло может поставлять и экзотермическая химическая реакция. Болезнь, от которой повышается температура,— это как раз химические процессы в организме, которые служат исто тником тепла. Нет термодинамики—это истина в последней инстанции, опротестовывать эго решение некуда. [c.13] В термодинамике есть два главных закона. Первый — это закон сохранения энергии. Он определяет, возможен ли процесс, достаточно ли энергетических ресурсов, чтобы процесс произошел. Если пет, то нет. А вот если да, то и возникает вопрос о направлении процесса. Возможность предсказания направления процесса составляет основное содержание второго закона термодинамики. [c.14] Реальные процессы в природе, как правило, идут Б какую-нибудь одну сторону тепло переходит самопроизвольно от горячего тела к холодному, но не наоборот кусси ек сахара растворяется в воде, но не выделяется обратно в виде кусочка можно нагреть проволоку от аккумул .тора, но нельзя зарядить аккумулятор (к огорчению автомобилистов) от нагретой проволоки и т. д. [c.14] Излагать все способы расчета — значило бы излагать целую главу термодинамики. Наша задача значительно скромнее нам надо знать, почему и как меняется энтропия при перемешивании. Как она меняется по знаку, это мы уже зпаеы. Поскольку происходи самопроизвольное перемешивание, значит энтропия при этом возрастает. Но мы не знаем числа, не знаем, насколько возрастает. Не знаем и почему возрастает. [c.15] Более подробно о распределении М к велла можно прочесть Б книге Я. А. Смородинского Температура (М Наука, 981—Библиотечка Квант вьш, 12). [c.16] Вернуться к основной статье