Номер 1, страница 210 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Молекулярная физика. Глава 8. Молекулярно-кинетическая теория идеального газа. Параграф 37. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории. Вопросы - номер 1, страница 210.

Условие.

1. В чём заключался мысленный эксперимент Клаузиуса?

Решение.

1. Мысленный эксперимент Рудольфа Клаузиуса, также известный как гипотеза о «тепловой смерти Вселенной», представляет собой применение первого и второго законов термодинамики ко Вселенной в целом. Эксперимент был предложен в середине XIX века для предсказания конечной судьбы мироздания.

В основе эксперимента лежат два фундаментальных допущения:
1. Вселенная рассматривается как изолированная (замкнутая) термодинамическая система, которая не обменивается энергией или веществом с чем-либо внешним.
2. Законы термодинамики универсальны и применимы ко всей Вселенной.

Логика рассуждений Клаузиуса строится следующим образом:
- Согласно первому закону термодинамики, полная энергия изолированной системы постоянна. Следовательно, полная энергия Вселенной не изменяется со временем: $U = \text{const}$.
- Согласно второму закону термодинамики, энтропия $\text{S}$ изолированной системы в ходе любых естественных (необратимых) процессов стремится к максимуму: $\Delta S \geq 0$. Все реальные процессы во Вселенной, такие как горение звезд, передача тепла от горячих тел к холодным, являются необратимыми и ведут к увеличению общей энтропии.

Клаузиус сделал вывод, что со временем все виды энергии во Вселенной перейдут в тепловую энергию, которая, в свою очередь, равномерно распределится по всему пространству. Это приведет к тому, что вся Вселенная достигнет состояния термодинамического равновесия. В этом гипотетическом конечном состоянии:
- Все тела будут иметь одинаковую температуру, близкую к абсолютному нулю.
- Исчезнет разность температур, а значит, прекратится теплообмен и станет невозможным совершение какой-либо работы.
- Все макроскопические процессы, включая механическое движение, химические реакции и жизнь, остановятся.

Такое состояние полного термодинамического равновесия, характеризующееся максимальной энтропией, и было названо «тепловой смертью Вселенной». Стоит отметить, что современные космологические модели (например, учитывающие тёмную энергию и ускоренное расширение Вселенной) ставят под сомнение некоторые из первоначальных допущений Клаузиуса, что приводит к появлению альтернативных сценариев будущего Вселенной.

Ответ: Мысленный эксперимент Клаузиуса заключался в экстраполяции законов термодинамики на Вселенную как на замкнутую систему. Он пришел к выводу, что из-за необратимого роста энтропии Вселенная в конечном итоге должна прийти в состояние полного термодинамического равновесия (максимальной энтропии), где все температурные различия исчезнут, и любая макроскопическая деятельность, включая жизнь, прекратится. Это состояние он назвал «тепловой смертью Вселенной».