Тема 04-02. Концепции квантовой механики
Дискретность или квантованность объектов микромира и их характеристик.
Корпускулярные свойства света: тепловое излучение, фотоэффект, эффект Комптона.
Корпускулярно-волновой дуализм как всеобщее свойство материи: частицы микромира в одних случаях ведут себя как частицы, а в других случаях проявляют волновые свойства (дифракция электронов).
Соотношение неопределенностей – дополняющие друг друга физические величины (например, координата-импульс (скорость) или энергия-время) не могут быть точно измерены одновременно. Большая точность в измерении одной из них влечет большую неопределенность в другой. Это соотношение отражает двойственную корпускулярно-волновую природу частиц материи.
Принцип дополнительности утверждает, что:
- невозможны невозмущающие измерения (измерение одной величины делает невозможным или неточным измерение другой, дополнительной к ней величины)
- полное понимание природы микрообъекта требует учёта как его корпускулярных, так и волновых свойств, хотя они не могут проявляться в одном и том же эксперименте
- (в широком смысле) для полного понимания любого предмета или процесса необходимы несовместимые, но взаимодополняющие точки зрения на него.
Состояние микрочастицы в квантовой механике описывается с помощью волновой функции, а именно, квадрат ее модуля определяет вероятность нахождения частицы в единичном объеме.
Статистический характер квантового описания природы состоит в том, что даже точное знание волновой функции микрочастицы позволяет определить лишь вероятность обнаружения ее в одном из возможных состояний.
Соответствие квантовой и классической механики: их предсказания совпадают для макроскопических объектов, для которых несущественны соотношения неопределённостей и корпускулярно-волновой дуализм.
Тема 2-04-03. Принцип возрастания энтропии
Первый закон термодинамики — закон сохранения энергии при ее превращениях из одной формы в другую: энергия, поступающая в систему при теплообмене, идет на увеличение внутренней энергии системы и на совершение ею работы против внешних сил.
Первый закон термодинамики говорит о невозможности вечного двигателя первого рода: невозможно создать устройство, которое работало бы вечно, не черпая энергии ниоткуда.
Изолированными называются системы, которые не обмениваются с окружающей средой ни веществом, ни энергией.
Термодинамическое равновесие - состояние, к которому самопроизвольно стремится любая изолированная система.
Признаки равновесного состояния:
- однородность
- отсутствие потоков вещества, энергии, заряда и т.п.
Второй закон термодинамики как принцип возрастания энтропии: в изолированной системе энтропия не убывает.
Энтропия - мера хаоса (беспорядка) в изолированной системе, принимающая только положительные значения. Под энтропией понимают уменьшение свободной энергии (за счет которой совершается полезная работа) и повышение той части внутренней энергии системы, которая является мерой степени ее неупорядоченности.
Согласно второму началу термодинамики в изолированной системе энтропия возрастает, т.е.:
- энергия передается от нагретого тела к холодному
- упорядоченные и сложные структуры разрушаются и переходят в более простые формы
- неоднородное распределение элементов сменяется однородным
- неравновесные структуры переходят к состоянию равновесия
- высококачественные формы энергии: механическая, электрическая переходят в низкокачественные: теплота
Второй закон термодинамики говорит о невозможности создания вечного двигателя второго рода, устройства, которое полностью преобразовывало бы поступающую энергию в виде тепла в полезную работу.