Новейшая книга фактов. Том 3. Физика, химия и техника. История и археология. Разное - Кондрашов Анатолий Павлович

Что такое энтропия?

Энтропия (от греч. entropia – поворот, превращение) – это функция состояния термодинамической системы, изменение которой в равновесном процессе равно отношению количества теплоты, сообщенного системе или отведенного от нее, к термодинамической температуре системы. Равновесным называют процесс перехода термодинамической системы из одного равновесного состояния в другое, столь медленный, что все промежуточные состояния можно рассматривать как равновесные. Всякий равновесный процесс является обратимым, то есть его возможно осуществить в обратном направлении, последовательно повторяя в обратном порядке все промежуточные состояния прямого процесса. В равновесном (идеальном обратимом) процессе энтропия не изменяется. Неравновесные процессы в изолированной системе сопровождаются ростом энтропии. Энтропия всех веществ при абсолютном нуле температуры равна нулю, именно это значение энтропии принимают за начальную точку ее отсчета. Максимального (равного единице) значения энтропия достигает тогда, когда термодинамическая система приходит в состояние равновесия. Понятие энтропии ввел в 1865 году немецкий физик Рудольф Клаузиус (1822–1888), он же показал, что абсолютное значение энтропии остается неопределенным, определены (и имеют физический смысл) лишь ее изменения в термически изолированных необратимых системах, а в идеальном случае обратимых процессов энтропия остается постоянной. Поэтому энтропию можно также считать мерой отклонения реального процесса от идеального. Введению энтропии физики вначале весьма энергично противодействовали, особенно из-за ее таинственного характера, обусловленного главным образом тем, что она не действует на наши органы чувств. Это не помешало энтропии сыграть фундаментальную роль в развитии термодинамики. В наши дни понятием энтропии широко пользуются в физике, химии, биологии и теории информации.

Чем анион отличается от катиона?

Анион и катион – ионы, то есть электрически заряженные частицы, образующиеся при потере или присоединении электронов (или других заряженных частиц) атомами или группами атомов (например, молекулами). Понятие и термин «ион» (в переводе с греческого – «идущий») ввел в 1834 году английский физик и химик Майкл Фарадей. Изучая действие электрического тока на водные растворы кислот, щелочей и солей, он предположил, что электропроводность таких растворов обусловлена движением ионов. Положительно заряженные ионы, движущиеся в растворе к отрицательному полюсу (катоду), Фарадей назвал катионами, а отрицательно заряженные, движущиеся к положительному полюсу (аноду), – анионами.

Из чего сделал волосок в лампе накаливания Эдисон?

В 1879 году великий американский изобретатель Томас Алва Эдисон (1847–1931) создал удобную для промышленного изготовления, достаточно долговечную конструкцию лампы накаливания с угольной нитью. Указанная угольная нить представляла собой обугленное волокно бамбука.

Сегодня стрелку компаса намагничивают с помощью электрического тока. А как это делали, когда электричества еще не знали?

В давние времена стальные полосы намагничивали полем Земли. Сталь состоит из отдельных намагниченных зерен (доменов). Они расположены хаотично, поэтому суммарное их поле равно нулю. При ударах по материалу домены постепенно выстраиваются цепочками вдоль земного поля – сталь становится магнитной.

Всегда ли молния бьет из грозовой тучи вниз, в землю?

В 2002 году сообщалось, что во время тропической грозы на побережье Пуэрто-Рико удалось сфотографировать «перевернутую» молнию. Она ударила из тучи не в землю, а в небо, на высоту до 70 километров. По своей сути это был мощный электрический пробой между облаками и ионосферой. Ученые предполагают, что такие разряды происходят довольно часто, просто их не всегда удается зарегистрировать. «Перевернутые» молнии могут играть важную роль в общем энергетическом балансе планеты.

Как часто гремят над Землей молнии?

Согласно метеорологической статистике, над нашей планетой ежесекундно гремит в среднем около 70 молний.

Почему электричество называется электричеством?

Греческий философ Фалес из Милета примерно в 600 году до нашей эры заметил, что кусочки смолы, найденные на берегу Балтийского моря (которые мы называем янтарем, а древние греки называли электроном), если их потереть о кусочек меха или шерсти, обретают способность притягивать перышки, нитки или пушинки. Поэтому более тысячи лет спустя английский физик Уильям Гильберт (1544–1603) предложил назвать эту силу взаимного притяжения электричеством, впервые введя этот термин в науку. Гильберт также установил, что помимо янтаря подобным свойством обладают и другие материалы, например стекло.

Почему для передачи и распределения электрической энергии используют преимущественно переменный ток, а не постоянный?

На заре электроэнергетики, когда маломощные генераторы электрического тока располагались на небольших расстояниях от потребителей (нередко в пределах одного населенного пункта), для передачи электрической энергии успешно использовали постоянный электрический ток. Сторонником использования в этих целях постоянного электрического тока был, например, Томас Алва Эдисон. Со временем потребность в электроэнергии возрастала, ее стали вырабатывать на крупных электростанциях с мощными агрегатами (с ростом мощности снижаются относительные затраты на сооружение электростанций и уменьшается стоимость вырабатываемой электроэнергии). В связи с этим возникла также необходимость передавать электроэнергию на большие расстояния. Однако потери электроэнергии при ее передаче тем ниже, чем выше напряжение электрического тока. Это и обусловило целесообразность применения в линиях электропередачи переменного тока, напряжение которого (в отличие от постоянного тока) легко можно трансформировать почти без потерь мощности.

Во сколько раз удельное электрическое сопротивление медного провода меньше удельного электрического сопротивления угольных щеток, а удельное электрическое сопротивление угольных щеток меньше удельного электрического сопротивления фарфора?

Удельное электрическое сопротивление медного провода равно 0,0000000178 (сто семьдесят восемь десятимиллиардных) ом-метра, угольных щеток – 0,00004 (четыре стотысячных) ом-метра, фарфора – 100 000 000 000 000 (сто триллионов) ом-метров. Таким образом, удельное электрическое сопротивление медного провода меньше удельного электрического сопротивления угольных щеток в 2247 раз, а удельное электрическое сопротивление угольных щеток меньше удельного электрического сопротивления фарфора в 2,5 квинтиллиона (миллиарда миллиардов) раз.

Где и когда загораются огни Эльма?

Огнями Эльма называют электрические разряды в атмосфере в форме светящихся пучков, наблюдаемые иногда на острых концах возвышающихся объектов (башен, мачт, одиноко стоящих деревьев, вершин скал и т. п.). Свое название эти огни получили в Средние века по названию церкви Святого Эльма, на башнях которой они часто возникали. Огни Эльма образуются в моменты, когда напряженность электрического поля в атмосфере у острия достигает величины около 500 вольт на метр и выше. Это чаще всего бывает во время грозы или при ее приближении, а зимой во время метелей.

Какой научный результат Уильяма Гильберта великий Галилей назвал «достойным удивления»?

Английский физик Уильям Гильберт (1544–1603) первым предположил, что Земля является большим магнитом, а ее магнитные полюсы совпадают с географическими. Гильберт изготовил «маленькую Землю» в виде намагниченного железного шара, а затем, обводя поверхность этого шара магнитной стрелкой, исследовал его магнитные свойства и обнаружил, что они соответствуют магнитным свойствам Земли – «большого магнита». На основании этого опыта Гильберт заключил, что с точки зрения магнитного действия Земля отличается от исследованного им железного шара лишь своими размерами. Научное и философское значение этого вывода Галилей назвал «достойным удивления». Гильберт стал первым человеком, осмелившимся сопоставить факт, полученный в стенах лаборатории, с явлением космического порядка. Тем самым он нанес тяжелейший удар тысячелетнему мифу, противопоставлявшему подлунный мир миру небесному. Концепция Гильберта в конечном счете означала, что явления космоса следует изучать теми же методами, которые пригодны для изучения обыденных земных явлений.