Номер 8, страница 65 - гдз по физике 8 класс учебник Кронгарт, Насохова

*8. Является ли броуновское движение обратимым процессом?

*8. Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо разобраться в понятиях обратимого процесса и сущности броуновского движения.

Обратимый процесс в термодинамике — это процесс, который может быть проведен в обратном направлении таким образом, что система проходит через те же промежуточные состояния, что и в прямом направлении, и после завершения обратного процесса и система, и окружающая среда возвращаются в свои первоначальные состояния. Главное свойство обратимых процессов — они не вызывают увеличения общей энтропии Вселенной. Все реальные процессы в природе являются необратимыми.

Броуновское движение — это беспорядочное (хаотическое) движение микроскопических частиц, взвешенных в жидкости или газе, которое происходит из-за постоянных ударов молекул окружающей среды.

Рассматривая броуновское движение с точки зрения термодинамики, можно утверждать, что это необратимый процесс. Вот основные причины:

1. Диссипация энергии и вязкое трение. Броуновская частица движется в вязкой среде. При её движении возникает сила трения, направленная против скорости частицы. Работа этой силы трения приводит к диссипации (рассеянию) энергии: кинетическая энергия, полученная частицей от ударов молекул, превращается в теплоту, которая передается окружающей среде. Этот процесс нагрева среды необратим. Невозможно, чтобы среда самопроизвольно охладилась, передав тепло обратно частице и заставив ее двигаться по обратной траектории.

2. Второй закон термодинамики. Любой реальный процесс, сопровождающийся трением, приводит к увеличению энтропии ($S$) системы «частица + среда». Согласно второму закону термодинамики, процессы, в которых суммарная энтропия возрастает ($\Delta S > 0$), являются необратимыми. Броуновское движение — это самопроизвольный процесс, который всегда ведет к росту энтропии, следовательно, он необратим.

3. Статистическая необратимость. На микроуровне законы механики, описывающие столкновения молекул, обратимы во времени. Если бы можно было в какой-то момент времени обратить скорости всех молекул среды и броуновской частицы, то система стала бы двигаться по своей траектории в обратном порядке. Однако броуновское движение — это макроскопическое проявление огромного числа случайных микроскопических событий. Вероятность того, что в результате случайных ударов молекул частица самопроизвольно повторит свою сложную траекторию в обратном направлении, пренебрежимо мала. Система стремится к более вероятному, хаотичному состоянию, а не к упорядоченному возврату в прошлое.

Таким образом, хотя фундаментальные законы столкновений обратимы во времени, наблюдаемое на макроуровне броуновское движение является классическим примером необратимого процесса из-за статистических эффектов и диссипации энергии.

Ответ: Нет, броуновское движение является необратимым процессом. Это связано с тем, что оно сопровождается диссипативными эффектами (вязким трением), которые превращают кинетическую энергию движения частицы в тепло, что приводит к увеличению общей энтропии системы в соответствии со вторым законом термодинамики.