Анализ проблемы создания упорядоченных систем на уроках физики в школе

Анализ проблемы создания упорядоченных систем на уроках физики в школе


Второе начало термодинамики позволяет в полной мере продемонстрировать школьникам гуманитарные аспекты фундаментальных физических законов. В частности, второе начало термодинамики объясняет механизм создания упорядоченных систем. А вопросы, связанные с рассмотрением процесса формирования сложных систем непосредственно соприкасаются с такими глобальными проблемами как возможность научно-технического прогресса, образование из смеси простых молекул высокоорганизованных макромолекул и вместе с этим возможность существования живых тел.

В существующих учебных пособиях эти вопросы не рассматриваются из-за наличия объективных трудностей в математической подготовке учащихся, а также необходимости дополнительного введения довольно сложного для понимания школьников понятия энтропии физической системы. Однако, представляется возможным обойти эти препятствия и раскрыть большинство гуманитарных приложений второго начала термодинамики, используя анализ работы тепловых двигателей по циклу Карно.

В ходе выяснения основных принципов работы теплового двигателя выясняется, что по сути — это простейший пример создания упорядоченной системы. Хаотичное движение молекул рабочего тела преобразуется в поступательное направленное движение поршня. Попутно часть тепла неизбежно передается холодильнику (атмосфере), повышая при этом его температуру, а следовательно и степень хаотичности движения его молекул. При этом, в силу более низкой температуры холодильника изменения в сторону хаоса в нем будут более значительны, чем упорядоченность сообщенная движению поршня. Таким образом, возможна демонстрация всех сторон общих закономерностей локального создания упорядоченных структур. Показывается, что упорядоченность может быть увеличена только в том случае, если система взаимодействует с другими системами так, что суммарный результат приведет к увеличению беспорядка.

Шалупаев С.В.