CC BY
53
Осознание гениальным Р. Клаузиусом сущностной природы хаоса и фундаментального характера принципа возрастания энтропии позволило ему распространить этот принцип на всю Вселенную в виде «драматической формы» второго закона термодинамики, которую иногда называют гипотезой «тепловой смерти» Вселенной. Её формулировка состоит из двух, на первый взгляд совершенно безобидных, положений.
1. Энергия Вселенной постоянна.
2. Энтропия Вселенной возрастает.
Казалось бы, оба утверждения совершенно естественны; первое следует из закона сохранения энергии, второе - из принципа возрастания энтропии. Более общий, выходящий за рамки только физики, метафизический характер этих законов позволил Р. Клаузиу-су распространить их на всю Вселенную.
«Драматической» такая формулировка второго закона термодинамики называется потому, что она предрекает неотвратимое достижение Вселенной, по аналогии с термодинамической системой, состояния термического равновесия, характеризующегося максимальной энтропией. Для Вселенной это означает наступление «тепловой смерти» - состояния, когда все звезды погаснут, а энергия и вещество равномерно распределятся по всему ее объему, т.е. Вселенная превратится, образно говоря, в «тёмный, холодный и пыльный чердак». Конечно, такое состояние несовместимо с существованием в ней жизни. Современные представления хорошо согласуются с ограниченностью Вселенной.
В космологии для прогнозирования состояния всей, охваченной астрономическими наблюдениями
части Вселенной, обычно называемой Метагалактикой, после работ А. Эйнштейна, А. А. Фридмана и Э. Хаббла утвердилась модель расширяющейся Вселенной, в которой галактики удаляются друг от друга. По этой модели скорость удаления каждой галактики пропорциональна расстоянию до нее от наблюдателя (закон Хаббла), т. е. по мере удаления галактики ее скорость удаления растет (рис. 2). Один из вариантов этой модели (замкнутая Вселенная) указывает, что существует расстояние, на котором скорость удаления галактик сравнится со скоростью света в вакууме.
Такое расстояние в этой модели получило название «горизонта событий», через который невозможен ни вещественный, ни энергетический обмен с «окружающей средой», поскольку во Вселенной не может существовать скорость переноса вещества и энергии выше, чем скорость света в вакууме. С этой точки зрения, в рамкам диссипативной модели реальности, замкнутая Вселенная - типичная изолированная система, в которой неизбежно достижение состояния равновесия. В последние десятилетия в космологии утвердился более развитый вариант замкнутой Вселенной - ее инфляционная модель с Х-членом и холодным темным веществом (Inflationary Lambda Cold Dark Matter model - ILCDM) [1].
Библиографическая ссылка
1. Жереб В. П., Снежко А. А., Ивасев С. С. Концепции современного естествознания ; СибГАУ. Красноярск:, 2009. - 132 с.
© Владимирова А. О., 2013
УДК 546 (076.5)
Т. А. Дербень Научный руководитель - А. А. Снежко Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ОЦЕНКА ВЕРОЯТНОСТИ ПРОТЕКАНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ МДО
Приводятся результаты оценки вероятности протекания физико-химических реакций, протекающих в электролите и на электродах при формировании оксидных покрытий на алюминиевых сплавах микродуговым способом. Расчеты выполнены с помощью термодинамического анализа с использованием закона Гесса и правила ступеней Оствальда.
МДО является совокупностью физико-химических реакций, протекающих на электродах и в электролите с большим градиентом температуры и напряженности, электрических полей.
Произвести расчет для неравновесных условий достаточно проблематично, из-за отсутствия данных по давлению, многофакторности процесса, поэтому для приблизительной оценки можно ограничиться равновесными условиями.
Для определения наиболее вероятных химических реакций целесообразно применить критерий само-
произвольного протекания химической реакции в неизолированной физико-химической системе для изобарных условий - изменение энергии Гиббса реакции АОреак.. Изменение энергии Гиббса термодинамической системы выражается формулой
АО = АН - Т -ДБ, (1)
где АН - изменение энтальпии; Д£ - изменение энтропии; Т - абсолютная температура.
Возможные варианты протекания реакций следующие:
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Социально-экономические и гуманитарные науки
В электролите:
№2БЮЗ ^ 2№+ +8Юэ2 -
БЮэ 2 - ^ 8Ю22 - + О2 И2О~И++ОИ" КОИ~К++ ОИ"
На катоде:
6И+ + 6е^3И2|
На аноде:
1) вариант: 2Л1^2Л13+ + 6е
А13+ + 3ОИ^Л1(ОИ)3 Л1(ОИ)3 + ОИ^Л1О2~ +2И2О Л1О2- + К+^КЛ1О2 2Л1 + 2КОИ + 2И2О ^ 2КЛ1О2 + 3И2|
2КЛ1О2 + 4И2О ^ Л1203 3Н20 +2КОИ;
2) вариант: 2Л1^2Л13+ + 6е
Л13+ + 3ОИ^Л1(ОИ)3 2Л1(ОИ)з ^ Л120з-3Н20;
3) вариант: 4Л1 + 3О2^2Л1203
Рис. 1. Зависимость изменения энергии Гиббса при протекании реакций при образовании МДО-покрытий на алюминиевых сплавах от температуры (первый вариант реакций)
Рис. 2. Зависимость изменения энергии Гиббса при протекании реакций при образовании ДО-покрытий на алюминиевых сплавах от температуры (второй вариант реакций)
-АЛЛМИНИ£ПЫОС пллпы^лксид ялшминия I'] -Алюминиевые сплавы оксид алкэминил (а л ьф □ ]
Рис. 3. Зависимость изменения энергии Гиббса при протекании реакций при образовании МДО-покрытий на алюминиевых сплавах от температуры (третий вариант реакций)
Результаты приведены в виде графиков на рисунках 1-3. Реакция считается возможной при положительном значении АО. Очевидно, запрещенным вариантом является первая группа реакций из-за несостоятельности конечной реакции образования оксида алюминия (рис. 1). Ограничения накладываются и на второй вариант образования оксида алюминия. Реакции являются разрешенными, только в диапазоне 0...700 °С (рис. 2). Полностью разрешенным являются третий вариант образования оксида алюминия (рис. 3). Согласно правилу ступеней Оствальда энергетически выгоднее протекание для системы реакции образования оксида алюминия у-фазы, которая со
временем при благоприятных условиях переходит в модификацию а-А1203 при 700-800 °С. Из чего можно сделать вывод о том, что формирование покрытия, содержащего в основе твердый слой, происходит только по последнему варианту.
Температурные значения, в первую очередь, пропорционально связаны с плотностью тока. Регулируя плотность тока можно управлять качеством покрытия, определяя через температуру наиболее вероятный вариант протекания реакций, обеспечивающий необходимую структуру и свойства покрытия.
© Дербень Т. А., 2013
УДК 669.713.7
Т. Ю. Дукуп Научный руководитель - В. П. Жереб Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ГЕНЕЗИС ФУНДАМЕНТАЛЬНОГО ПРИНЦИПА СОХРАНЕНИЯ
Обобщены представления о законах сохранения в физике и показано, что эти фундаментальные законы формируют представление о фундаментальном научном принципе сохранения
Известные слова древнегреческого мыслителя Эм-педокла о том, что ничто в мире не происходит из ничего и не исчезает бесследно, послужили основой обоснования фундаментального принципа сохранения, когда выделяется некая перманентная сущность, которая может переходить из одной формы в другую в эквивалентном количестве.
Уникальность данного принципа в том, что он распространяется на всю реальность и лежит в основе концепции современного естествознания, наддисци-плинарный характер которого позволяет понять, прогнозировать состояния различных явлений природы, в том числе и нефизической, например экономических, этнических, экологических и других.
Примером одной из форм перманентной сущности является энергия, которая, следуя древнегреческой традиции, определяется как нечто, за счет чего совершается деятельность, работа. Очевидно, что такое определение энергии позволяет находить аналоги в явлениях любой природы. Так, аналогом энергии в экономических системах является капитал, а в этнических - пассионарность.
Классическим примером действия фундаментального принципа сохранения является и закон сохранения полной энергии механического объекта в области физики, закон сохранения вещества и закон постоянства состава в химии.
Закон сохранения вещества лежит в основе глобальной экологической проблемы - утилизации сва-
лок, более того, сейчас мы говорим уже о космическом мусоре и вытекающих отсюда последствиях.
Даже школьник может рассказать нам о принципе сохранения, приводя в пример процесс круговорота воды в природе, однако, в гуманитарных областях действие данного принципа, на мой взгляд, сложнее, потому что здесь наддисциплинарный характер современного естествознания проявляется в более широкой области: история, литература, лингвистика и другие дисциплины, как правило, тесно связаны с социологией, проявлением каких-либо общественных явлений.
Очевидно, что при формировании теоретических представлений в любой области знания, как естественнонаучной, так и гуманитарной, могут быть выделены аналогичные формы перманентной сущности и соответствующие им законы сохранения.
Можно бесконечно рассуждать о проявлении принципа сохранения в самых разных областях познания, но одним из ярчайших примеров перманентной сущности будет, пожалуй, сам человек.
Библиографическая ссылка
1. Жереб В. П., Снежко А. А., Ивасев С. С. Концепции современного естествознания ; СибГАУ. Красноярск, 2009. 132 с.
© Дукуп Т. Ю., 2013
