Необратимость процессов в природе

Необратимость процессов в природе — принцип, согласно которому любой физический процесс, в котором происходит превращение какого-либо вида энергии в энергию теплового движения молекул, является необратимым процессом, т. е. он не может быть осуществлён полностью в обратном направлении.

Причина необратимости процессов заключается в увеличении энтропии системы. Второе начало термодинамики утверждает, что энтропия всегда увеличивается или остается постоянной в изолированной системе. Это означает, что процессы, которые происходят в природе, стремятся к состоянию с максимальной энтропией.

Точная формулировка понятия необратимого процесса

Движение маятника

Необратимым называется такой процесс, обратный которому может протекать только как одно из звеньев более сложного процесса. Например, можно вновь увеличить размах колебаний маятника, подтолкнув его рукой. Но это увеличение возникает не само собой, а становится возможным в результате более сложного процесса, включающего движение руки.

Можно перевести теплоту от холодного тела к горячему. Но для этого нужна холодильная установка, потребляющая энергию.

Причины необратимости процессов в природе

В природных процессах часто наблюдается необратимость, то есть процессы, которые не могут идти в обратном направлении или вернуться к своему исходному состоянию. Это связано с рядом основных причин:

1. Законы термодинамики: второй закон термодинамики утверждает, что энтропия всего замкнутой системы всегда увеличивается или остается постоянной. Энтропия можно представить как меру беспорядка или неупорядоченности системы. Из этого следует, что процессы в природе подчиняются закону увеличения энтропии и не могут вернуться к своему исходному состоянию, так как это требовало бы уменьшения энтропии системы.

2. Неравновесное состояние: многие процессы в природе происходят из-за разности концентраций, давлений, температур или других параметров между двумя системами. Когда достигается равновесие между этими системами, процесс перестает идти или замедляется до неопределенно медленной скорости. Возвращение к исходному неравновесному состоянию требовало бы энергетического воздействия или изменения внешних условий.

3. Отсутствие обратимости химических реакций: в химических реакциях обратимость процесса зависит от химического равновесия. В некоторых случаях, равновесие может быть достигнуто и реакция может быть обратимой, но в большинстве случаев, реакции необратимы. Это связано с энергетическими и термодинамическими устоями, а также с постепенными изменениями в структуре и составе веществ.

Примеры необратимых процессов

Нагретые тела постепенно остывают, передавая твою энергию более холодным окружающим телам. Обратный процесс передачи теплоты от холодного тела к горячему не противоречит закону сохранения энергии, но такой процесс никогда не наблюдался.

Также колебания маятника, выведенного из положения равновесия, затухают. За счет работы сил трения механическая энергии убывает, а температура маятника и окружающего воздуха (а значит, и их внутренняя энергия) слегка повышается. Энергетически допустим и обратный процесс, когда амплитуда колебаний маятника увеличивается за счет охлаждения самого маятника и окружающей среды. Механическая энергия самопроизвольно переходит во внутреннюю, но не наоборот. При этом упорядоченное движение тела как целого превращается в не упорядоченное тепловое движение слагающих его молекул.

См. также

• Второй закон термодинамики
• Закон неубывания энтропии
• Сохранение энергии

Литература

• Волков Вадим Процесс необратимости // Социологическое обозрение. 2023

Одним из источников этой статьи является статья в википроекте «Рувики» («Багопедия», «ruwiki.ru») под названием «Необратимость процессов в природе», находящаяся по адресу: «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Необратимость_процессов_в_природе» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?»