-Principul I al termodinamicii
-Principiul al II-lea al termodinamicii
-Experimente distractive
Fizica in viata noastra
Din cele mai vechi timpuri omul a incercat sa isi explice cum a aparut lumea din jurul lui, din ce e formata si ce contine ea. Cuvantul FIZICA provine din cuvîntul grec physikos: natural, din physis: natura
In antichitate, babilonienii si egiptenii au observat miscarile planetelor, au prezis eclipsele, dar nu au reusit sa gaseasca legile care guverneaza miscarile planetelor.
Civilizatia greaca a adaugat foarte putin la descoperirile anterioare, pentru ca au admis, fara a critica, ideile celor doi filosofi Platon si Aristotel, care nu acceptau experimentele practice.
La Alexandria, Arhimede a facut numeroase mecanisme practice. A inventat mecanismul parghiei si cel al insurubarii, a descoperit principiul masurarii densitatii corpurilor solide prin scufundarea lor in lichide.
Astronomul grec Aristarchus din Samos a masurat proportia distantelor de la Pamant la Soare side la Pamant la Luna.
Eratosthenes, matematician, astronom si geograf, a determinat circumferinta Pamantului si a desenat o harta a stelelor; astronomul Hipparchus a descoperit succesiunea echinoctiilor; matematicianul si geograful Ptolemeu a propus sistemul de miscare planetara, in care Pamantul era in centru, iar Soarele, Luna si stelele se invarteau pe orbite circulare in jurul lui.
In perioada Evului Mediu, s-a incercat avansarea cercetarilor in stiintele naturii, dar nu s-a reusit.
In timpul Renasterii, s-au facut incercari pentru a interpreta comportamentul stelelor.
Filosoful Nicolaus Copernicus a sustinut ca planetele se misca in jurul Soarelui – sistemul heliocentric. El era convins ca orbitele planetelor sunt circulare.
Astronomul german Johannes Kepler a confirmat teoria heliocentrica.
Galileo Galilei si-a construit un telescop si incepand cu 1609, a confirmat sistemul heliocentric, prin observarea planetei Venus. El a descoperit suprafata neregulata a Lunii, primii patru sateliti luminosi ai lui Jupiter, pete pe Soare, multe stele din Calea Lactee.
In secolul al XVII-lea, Isaac Newton a enuntat principiile mecanicii, a formulat legea gravitatii universale, a separat lumina alba in culori, a propus teoria propagarii luminii, a inventat calculul integral si deferential. Prin descoperirile sale, a acoperit o suprafata enorma in stiintele naturii. A fost capabil sa arate ca atat legea lui Kepler a miscarii planetare cat si descoperirile lui Galilei despre corpurile cazatoare sunt urmarea combinarii celei de-a II-a legi a miscarii cu legea gravitatiei data de el. A prezis aparitia cometelor, a explicat efectul Lunii in producerea mareelor si succesiunea echinoctiilor. Observam deci ca fizica a suferit niste preogrese uimitoare.
In sens larg putem defini fizica fiind stiinta care studiaza proprietatile si structura materiei,formele de miscare ale acesteia, precum si transformarile lor reciproce.
Integrata in filozofie, in antichitate, avand la baza metoda observatiei directe, HYPERLINK "http://ro.wikipedia.org/wiki/Fizica" \o "Fizica" Fizica a devenit stiinta de sine statatoare abia in perioada care a urmat Renasterii italiene, cand metoda experimentala de studiu a scos la iveala aspecte profunde ale unor fenomene din natura.
In secolul XIX, se cristalizeaza ramurile, numite astazi, clasice: mecanica; termodinamica; electricitatea si optica.Pe langa metoda experimentala se cristalizeaza, acum, metoda teoretica de studiu, bazata pe metodele matematicii clasice. In secolul XIX-XX au aparut ramuri noi, numite moderne: fizica atomica; fizica particulelor elementare; mecanica cuantica; fizica nucleara; fizica corpului solid; fizica plasmei etc.
Pentru cunoasterea unui fenomen fizic, trebuie sa se faca o cercetare. Caile de cercetare in Fizica au evoluat de-a lungul vremurilor, pe masura ce tehnica s-a perfectionat iar cunoasterea s-a adancit.
In ceea ce urmeaza ma voi ocupa de fizica termodinamica mai exact despre Principiul 1 si 2 al termodinamicii.
Adeseori, in mecanica, pentru a studia miscarea unor anumite sisteme, se fac unele ipoteze simplificatoare ca: absenta trecatorilor, absenta vascozitatii pentru fluide etc. In toate aceste cazuri miscarea apare ca un fenoment pur mecanic; caracteristic pentru un altfel de fenomen este faptul ca in tot cursul lui, energia mecanica se conserva.
De fapt ipotezele simplificatoare nu sunt niciodata rifuros realizate in natura : fenomenele mecanice sunt totdeauna insotite de anumite fenomene termice. Numai in masura in care aceste fenomene termice au efecte neglijabile putem spune ca acceptarea ipotezelor simplificatoare reprezinta o aproximatie buna a realitatii.
O situatie analoaga se intalnesete in electromagnetism atunci cand sunt studiate fenomene pur electromagnetice. Si in acest caza afirmatia facuta este acceptabila numai in masura in care procesele termice au efecete neglijabile.
Atat termodinamica cat si fizica statistica au ca obiect studiul fenomenelor termice impreuna cu fenomenele mecanice , electromagnetice si chimice pe care le insotesc. Ele difera deci nu prin obiect ci prin punctul de vedere din care studiaza fenomenele de care se ocupa. Termodinamica studiaza fenomenele la scara macroscopica.
I)Principiul I al termodinamicii
1)Formulare primara
Un numar mare de experiente au condus la urmatoare concluzie, care constituie enuntul de baza al Principiului I al termodinamicii.
Daca un sistem este inchis intr-un invelis adiabatic , atunci lucrul mecanic efectuat de fortele exterioare intr-o transformare oarecare depinde numai de starea initiala si starea finala a sistemului.
Stiind ca exista o functie U, depinzand numai de starea sistemului astfel incat lucrul mecanic intr-o transformare oarecare, de la starea a de-a lungul curbei C , pana la starea b, transformare pe acre o vom numic pe scurt aCb are valoarea:
LaCb = Ub - Ua
Functia U se numeste „energie interna” a sistemului iar Ua (respectiv Ub) este valoarea ei in starea a (respectiv in starea b). Aceasta marime este definita pana la o constanta aditiva arbitrara. Pentru a preciza valoarea acestei constante , se alege in mod arbitrar o anumita stare 0 ca „stare de referinta” careia i se atribuie in mod onventional energia zero.
U0 = 0.
La formularea data mai sus ca principiul intai trebuie sa mai adaugam urmatoarea completare:
Oricare ar fi starea „a” a sistemului, se poate gasi o transformare care uneste starea „a” cu starea de referinta 0, care poate fi realizata fizic cel putin in unul dintre sensuri (de la a inchis sau de la 0 la a) in conditiile precizate de enunt ( sistemul inchis intr-un invelis adiabatic). Atunci oricarei stari a ii putem atribui o energie bine definita prin una dintre relatiile urmatoare:
Ua = L0Ca, respectiv Ua = - LaC0
dupa cum este realizabila transformarea de la 0 la a sau transformarea inversa.
In special, daca transformarea C este ciclica adica curba C este inchisa, starea a si starea b coincid, atunci rezulta ca pentru o astfel de transformare avem intotdeauna
LaCa = 0
Sub forma diferentiala Principiul I se formuleaza:
dU = d L
2)Cantitatea de caldura
Daca sistemul nu este inchis intr-un invelis adiabatic, atunci proprietatile lucrului mecanic, enuntate mai sus , nu mai sunt in general valabile. Intr-o transformare suferita de sistem lucrul mecanic, depinde in general , nu numai de stare initiala si finala a transformarii, ci si de toate transformarile intermediare.Egalitatea LaCb = Ub - Ua nu mai poate avea loc .
In aceste conditii se introduce marimea definita prin :
QaCb = Ub – Ua - LaCb.
Aceasta marime se numeste „cantitatea de caldura” primita (algebric) de sistem in cursul transformarii considerate. Daca ea este pozitiva se spune ca sistemul primeste caldura respectiva de la lumea inconjuratoare iar daca este negativa se spune ca sistemul a cedat lumii exterioare o cantitate de caldura egala cu valoarea absoluta a marimii QaCb . Alaturi de schimbul de lucru mecanic intre un sistem si lumea exterioara, schimbul de caldura reprezinta o forma de intercatie intre sistem si lumea exterioara care prezinta o importanta deosebita pentru termodinamica.
Deoarece in membrul al 2-lea al QaCb = Ub – Ua - LaCb. Figureaza expresia lucrului mecanic LaCb. care in general depinde nu numai de starea initiala si cea finala ci de toate starile intermediare ale transformarii aceeasi afirmatie se aplica si marimii QaCb. Scriind insa egalitatea QaCb = Ub – Ua - LaCb sub forma:
Ub – Ua = LaCb +QaCb
se constata ca desi fiecare termen din membrul al doilea depinde de starile intermediare, suma lor nu depinde decat de starea initiala si cea finala.
In special daca transformarea considerata cicilica din Ub – Ua = LaCb +QaCb rezulta:
LaCb +QaCb = 0
daca una dintre cele doua marimi este pozitiva, atunci cealalta este obligatoriu negativa ; spre exemplu sistemul nu poate ceda lucru mecanic lumii exterioare
(L < 0) fara sa primeasca o cantitate de caldura (Q > 0).
Intre aceste marimi exista realtia:
| LaCb | = | QaCb |
ceea ce se formuleaza spunand ca lucrul mecanic cedat este „echivalent” cu caldura primita.
Egalitatea Ub – Ua = LaCb +QaCb care constituie formularea generala a Principiului I se poate scrie si sub forma diferentiala :
dU = dL + dQ
simbolul d aratand ca fiecare in parte dintre termenii din membrul al doilea este o expresie diferentiala care nu este diferentiala totala exacta.
II)Principiul al II-lea al termodinamicii
Cu toate ca problema dezbatuta de cercetare nu este pur teologica, totusi este o problema care merita sa fie tratata pentru ca ea tine de acceptarea sau respectiv lepadarea persoanei lui Dumnezeu ca si Creator.
In mod aparent legea a doua a termodinamicii nu pare sa aiba de a face cu teologia sau cu creationismul. Dar, s-a constatat ca aceasta lege este legea cea mai bine confirmata si mai universal valabila dintre toate legile din fizica, din ea reiesind printr-o analizare aprofundata, ca Universul tinde din ce in ce mai mult spre dezordine, aceasta constatare daramand cu usurinta teoria evolutionismului.
Scopul acestei lucrari este tocmai sa demonstreze ca legea a doua a termodinamicii este “mana in mana”cu modelul creationist, care sustine ca toate lucrurile au luat fiinta datorita unei Inteligente, datorita fortei creatoare a lui Dumnezeu, dar din cauza pacatului tTermodinamicaotul merge spre degenerare.
1. Legea a doua si entropia
Legea a doua spune ca “trecerea caldurii de la un corp cu o temperatura data la un corp cu o temperatura mai mica este un proces ireversibil”. In majoritatea formularilor legii a doua se specifica faptul ca in cadrul acestui fenomen de transfer de energie entropia totdeauna creste. Entropia este o marime fizica ce caracterizeaza gradul de dezordine al miscarii moleculelor.
2.Perpetuum mobile
O consecinta a legii a doua o constituie imposibilitatea de a construi un perpetuum mobile (mecanism care functioneaza singur pe baza transferului de caldura, fara ajutorul unor forte exterioare), unul din motive fiind frecarea cu aerul. Ideea construirii unui perpetuunm mobile i-a fascinat pe foarte multi oameni. Au fost sute si sute de incercari de a construi asemenea mecanisme.Dar toate au fost facute in zadar pentru ca in cele din urma s-a constatat, conform legii a doua, ca este imposibil de a construi un perpetuum mobile. In ciuda acestui fapt s-au ridicat multi escroci care au incercat sa duca lumea in eroare si in dreptul multora mai creduli au reusit. Chiar Newton, marele fizician, a fost pe punctul de a crede posibila aceasta inventie, pe atunci necunoscandu-se imposibilitatea construirii ei.
Vom constata mai departe ca aceasta imposibilitate a construirii unui perpetuum mobile se generalizeaza si la procesul mentinerii vietii fara ajutorul unor factori exteriori.
3.Entropia.
Conform Compendiului de fizica publicat in 1988, “ca o consecinta a legii a doua a termodinamicii, exista o marime fizica numita entropie, a carei valoare nu poate decat sa creasca.”Conform altui manual de fizica, “Entropia este marimea fizica ce caracterizeaza starea de dezordine a moleculelor.”( Daca ne intoarcem la capitolul B.1 si privim asupra contextelor in care este privita termodinamica prin prisma legii a doua, putem spune ca entropia este masura energiei inutile dintr-un sistem in stare de functionare(a), a dezordinii dintr-un sistem(b) sau a bruiajului dintr-un sistem informational(c).
Se pune intrebarea: Legea a doua a functionat si inainte de caderea in pacat?Raspunsul este: Da. Entropia isi facea efectul prin digestie, eroziune, amortizarea valurilor, etc., dar aceasta entropie era constanta, fiind egalata (compensata) de procesul de crestere. Daca si astazi entropia ar ramane constanta, totul ar fi perfect. Noi nu am mai imbatrani, florile nu s-ar mai ofili, etc., si in consecinta s-ar putea construi perpetuum mobile.
Niciun comentariu:
Trimiteți un comentariu