ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
Какие макроскопические состояния «любит природа».Исторический опыт развития технологий как таковых свидетельствует о том, что «природа не любит» результаты человеческой деятельности – искусственные объекты (изделия). Этот факт проявляется в том, что «природа»: · во-первых, препятствует (сопротивляется) появлению технических изделий на этапе их производства (в противном случае выход годных изделий составлял бы всегда 100 %); · во-вторых, способствует деградации изделий в процессе их эксплуатации (что проявляется в непрерывном ухудшении (а не улучшении!) функционального качества изделий во времени). В этой связи интересно знать, какие физические факторы «любит природа», и использовать это знание в пользу облегчения технологических аспектов создания изделий. В самом общем виде эти факторы можно сформулировать следующим образом [2]: · «природа любит» чтобы в физической системе имел место минимум полной энергии (полная энергия системы – сумма кинетической и потенциальной энергии взаимодействия всех микрочастиц системы); · «природа любит» чтобы в физической системе имел место максимум энтропии (энтропия – параметр, определяющий степень атомно-молекулярного беспорядка в системе). Для дальнейшего изложения крайне важен второй фактор – максимум энтропии системы. Даже на интуитивном уровне восприятия ясно, что процесс создания любого изделия связан с необходимостью обеспечения упорядоченного (в той, или иной мере) расположения атомов определенного типа в пределах физического объема изделия (например, преследуя цель создания металлических деталей можно говорить об упорядоченной укладке атомов Fe (или Ni, Cu и т.п.)). Для определения количественной меры процесса упорядоченной укладки атомов рассмотрим конкретный пример. Рассмотрим два одинаковых ящика (условно обозначенные индексами: «А» и «Б»), которые содержат в своем составе 100 ячеек. Имеется также 100 абсолютно одинаковых (неразличимых) шаров, которые могут быть размещены случайным образом в ячейках ящиков «А» и «Б» (не более одного шара в индивидуальную ячейку ящика). Ящики размещены на вибрационной платформе, что обеспечивает случайные переходы шаров во времени из одного ящика в другой. В результате этих случайных переходов могут быть реализованы различные варианты заполнения шарами ящиков «А» и «Б». Введем в рассмотрение следующие исходные понятия относительно специфики заполнения ящиков «А» и «Б» шарами: · макросостоянием системы будем считать сочетание определенных количеств шаров в ящиках «А» и «Б» без детализации конкретных ячеек, в которых находятся шары (например: макросостояние системы «20 - 80» означает, что в ящике (А) содержится 20 шаров, а в ящике (Б) – 80 шаров); · микросостоянием системы будем считать сочетание определенных количеств шаров в ящиках «А» и «Б» но уже с учетом детализации их расположения в конкретных ячейках ящиков, в которых находятся шары. Представляется очевидным, что каждому макросостоянию системы может соответствовать некоторое конечное множество микросостояний, учитывающих специфику заполнения индивидуальных ячеек в ящиках «А» и «Б». Количество таких микросостояний , в расчете на один ящик ((А) или (Б)), определяется выражением [3]:
где: N – полное количество ячеек (как занятых, так и свободных) в одном ящике; n – количество шаров в ящике «А»; - количество шаров в ящике «Б»). В табл. 1.1 приведены данные, отображающие представительство различных макросостояний системы двух ящиков при случайном характере заполнения шарами индивидуальных ячеек ящиков «А» и «Б». На основании табличных данных можно сформулировать ряд выводов относительно представительства (наблюдаемости) различных макросостояний: · ряд макросостояний, соответствующих малым значениям параметра n (в табл. 1.1 представлены случаи: n = 0―10), реализуются чрезвычайно малым количеством микросостояний (по сравнению с полным количеством возможных микросостояний системы, равным - ); · вероятности случайного обнаружения этих макросостояний (n = 0―10) находятся в диапазоне значений 10-58 ― 10-32, что позволяет считать, что эта группа макросостояний практически никогда не может быть реализована с помощью абсолютно случайного механизма перемещения шаров между ящиками «А» и «Б»); · группа макросостояний, соответствующих значениям параметра n ~ 50 (в таблице эта группа представлена совокупностью значений: n = 47 ― 50), обеспечиваются чрезвычайно большим (по сравнению с макросостояниями с параметром n = 0―10) количеством микросостояний: 7.1·1057 ― 1.0·1058; · группа макросостояний (n = 47 ― 50) будет проявляться практически всегда с достаточно большой вероятностью ее обнаружения P («47 - 53» ─ «53 - 47») = ~ 1 (в эту группу состояний следует отнести и ряд зеркальных макросостояний, которые должны быть расположены в таблице 1.1 ниже позиции «50 - 50»); · макросостояние соответствующее значению параметра n = 50, имеет максимальную вероятность своего проявления (при случайном механизме перехода шаров между ящиками «А» и «Б»), и соответствует случаю максимально-хаотического расположения шаров в системе. Т а б л и ц а 1.1. Вероятности реализации различных макросостояний.
Согласно данным табл. 1.1, можно заключить, что «природа любит» лишь те макросостояния, в которых в максимальной мере находит свое проявление беспорядочное расположение атомов (шаров). Однако, весь практический опыт человечества свидетельствует в пользу того обстоятельства, что едва ли обеспечение функционального качества изделия можно связать с наличием максимально возможного атомного беспорядка в физической системе. Скорее наоборот, создание любого изделия происходит вопреки «интересам природы», и идет по пути реализации упорядоченного расположения атомов (как по типу атома, так и по месту его расположения) в объеме изделия. Естественно, что этот путь связан с большими энергетическими затратами и необходимостью информационного (диагностического) обеспечения технологии. Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|