Ответьте на вопросы, страница 90 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Почему постановка проблемы «тепловой смерти» Вселенной неправомерна?

2. Почему термодинамические параметры на планетах Солнечной системы отличаются?

3. Почему на ночной стороне планет температура ниже, чем на дневной? Какая планета является исключением? Почему?

1. Почему постановка проблемы «тепловой смерти» Вселенной неправомерна?

Гипотеза «тепловой смерти» Вселенной была выдвинута в XIX веке на основе второго начала термодинамики. Согласно этой гипотезе, любая замкнутая система стремится к состоянию с максимальной энтропией, то есть к термодинамическому равновесию, в котором все виды энергии переходят в тепловую, а все макроскопические процессы прекращаются. Применение этого принципа ко всей Вселенной приводило к выводу о её неизбежной «тепловой смерти».

Однако такая постановка проблемы считается неправомерной по нескольким фундаментальным причинам:

• Вселенная не является замкнутой системой в классическом понимании. Современная космология, основанная на общей теории относительности, описывает Вселенную как динамически расширяющуюся. Законы термодинамики, сформулированные для стационарных, изолированных систем, не могут быть напрямую и без оговорок экстраполированы на всю расширяющуюся Вселенную.
• Роль гравитации. Гипотеза «тепловой смерти» не учитывала в полной мере влияние гравитации. Гравитационные силы действуют «антитермодинамически»: они способствуют не равномерному распределению вещества, а его концентрации и формированию упорядоченных структур — звёзд, галактик и их скоплений. Гравитационное сжатие является источником энергии звёзд и противодействует общему выравниванию температуры.
• Неизвестные факторы. Судьба Вселенной зависит от множества до сих пор не до конца изученных факторов, таких как её точная геометрия, средняя плотность, а также природа и свойства тёмной материи и тёмной энергии. Именно тёмная энергия, ответственная за ускоренное расширение Вселенной, играет ключевую роль в современных космологических моделях будущего, которые сильно отличаются от простой идеи «тепловой смерти».

Ответ: Постановка проблемы «тепловой смерти» неправомерна, поскольку она основана на упрощённом применении второго начала термодинамики ко Вселенной, игнорируя факт её расширения, фундаментальную роль гравитации в формировании структур и ключевое влияние тёмной энергии на её дальнейшую эволюцию.

2. Почему термодинамические параметры на планетах Солнечной системы отличаются?

Термодинамические параметры (в первую очередь температура и давление) на планетах Солнечной системы кардинально различаются из-за уникального сочетания нескольких ключевых факторов для каждой планеты:

• Расстояние от Солнца. Это главный фактор, определяющий количество получаемой солнечной энергии. Интенсивность солнечного излучения уменьшается пропорционально квадрату расстояния от Солнца. Поэтому планеты земной группы, находящиеся ближе к Солнцу, получают на единицу площади в сотни и тысячи раз больше энергии, чем далёкие газовые гиганты и ледяные миры.
• Наличие, состав и плотность атмосферы. Атмосфера оказывает огромное влияние через парниковый эффект. Например, Венера, хоть и находится дальше от Солнца, чем Меркурий, является самой горячей планетой из-за своей сверхплотной атмосферы из углекислого газа, создающей мощнейший парниковый эффект. Атмосфера Земли создаёт умеренный парниковый эффект, делая климат мягким, а очень разреженная атмосфера Марса почти не способна удерживать тепло.
• Альбедо. Это показатель отражательной способности поверхности и атмосферы. Планеты с высоким альбедо (например, Венера с её облаками или покрытые льдом спутники) отражают большую часть солнечного света и нагреваются меньше. Тёмные поверхности с низким альбедо (как у Меркурия) поглощают больше энергии и сильнее нагреваются.
• Внутренние источники тепла. Газовые гиганты (Юпитер, Сатурн, Нептун) генерируют значительное количество тепла в своих недрах за счёт гравитационного сжатия (механизм Кельвина — Гельмгольца) и радиоактивного распада. Юпитер, например, излучает почти вдвое больше энергии, чем получает от Солнца. Это внутреннее тепло существенно повышает их температуру.
• Скорость вращения вокруг своей оси. Быстрое вращение (как у Юпитера или Земли) способствует более равномерному распределению тепла между дневной и ночной сторонами, сглаживая суточные колебания температуры. Медленное вращение (как у Меркурия) приводит к экстремальным перепадам температур.

Ответ: Термодинамические параметры планет различаются из-за уникальной для каждой из них комбинации факторов: расстояния от Солнца, характеристик атмосферы (состав, плотность), альбедо (отражательной способности), наличия внутренних источников тепла и скорости осевого вращения.

3. Почему на ночной стороне планет температура ниже, чем на дневной? Какая планета является исключением? Почему?

На большинстве планет и спутников температура на ночной стороне значительно ниже, чем на дневной. Причина этого проста: основным источником тепла для поверхности является солнечное излучение. Дневная сторона, освещённая Солнцем, поглощает его энергию и нагревается. Ночная сторона, напротив, лишена этого притока энергии и при этом продолжает излучать собственное тепло в холодное космическое пространство, из-за чего её поверхность остывает. Величина этой разницы температур зависит от скорости вращения планеты и способности её атмосферы удерживать и перераспределять тепло.

Планетой-исключением из этого правила является Венера.

Причина, по которой Венера является исключением, кроется в её уникальной атмосфере. Несмотря на то, что Венера вращается очень медленно (один оборот вокруг оси занимает 243 земных суток), температура на её поверхности практически постоянна и составляет около 465°C как на дневной, так и на ночной стороне. Это объясняется двумя механизмами:

1. Экстремальный парниковый эффект. Атмосфера Венеры в 92 раза плотнее земной и на 96.5% состоит из углекислого газа. Это создаёт мощнейший парниковый эффект, который «запирает» тепло и разогревает поверхность до высочайших температур, превращая планету в гигантский парник.
2. Эффективный перенос тепла. Плотная атмосфера находится в постоянном движении. Мощные ветры, дующие в верхних слоях со скоростью до 360 км/ч, облетают всю планету всего за несколько земных суток. Эта глобальная циркуляция очень эффективно переносит тепло с нагретой дневной стороны на ночную, не давая последней остыть. Огромная теплоёмкость массивной атмосферы сглаживает любые температурные колебания.

Ответ: На ночной стороне планет температура ниже, так как поверхность остывает, излучая тепло в космос и не получая энергии от Солнца. Исключением является Венера. На ней температура почти одинакова по всей планете из-за сверхплотной атмосферы, которая создаёт мощный парниковый эффект и за счёт глобальной циркуляции ветров эффективно распределяет тепло с дневной стороны на ночную.