Второе начало термодинамики, тепловая смерть Вселенной и еще один вечный двигатель

Продолжаем изучение основ термодинамики и рассказываем о том, как второе начало мешает изобретению еще одного perpetuum mobile.

Вечный двигатель второго рода

Открытие первого начала термодинамики должно было разрушить мечту ученых и изобретателей создать вечный двигатель. Однако люди быстро придумали ей замену: если нельзя разработать устройство, которому для работы не нужна энергия извне, значит, построим хотя бы то, что сможет использовать всю теплоту. Этот потенциальный механизм получил название «вечного двигателя второго рода» и не противоречил первому началу термодинамики.

Для нового perpetuum mobile нужно было найти очень много энергии. Огромное количество теплоты сосредоточено в океане. Если научиться выделять эту энергию из резервуаров с водой, то человечеству или части его устройств, может, и хватит. Как заставить океан выделять тепло? Охлаждая воду. Полученную энергию можно направить в полезное русло: например, к двигателям кораблей или на электростанцию.

Разочарование не заставило себя ждать: сотни экспериментов и попыток разработки такого механизма показали, что нельзя провести передачу энергии от более холодного тела к более горячему. А если нет теплоты, то нет и работы.

Неудачные опыты навели ученых на мысль, что есть еще один термодинамический закон, о котором пока никто не знает.

Энтропия
Источник: pinterest.com

Что говорит второе начало термодинамики?

Новый постулат был выведен только на основании отрицательных результатов экспериментов. Основной физический смысл выражает закон сохранения энтропии, чья классическая формулировка звучит так:

В изолированной системе энтропия не уменьшается

Этот закон был открыт в 1865 году немецким ученым Рудольфом Клаузиусом, а теоретически обоснован лишь в 1870-х — австрийским коллегой Людвигом Больцманом.

Чтобы понять, что это значит, разберем несколько понятий.

Термодинамическая функция

В прошлой статье мы рассказали о том, что такое термодинамическая система — объединенная чем-либо совокупность большого количества частиц. Для описания этих систем ученые используют функции состояния, или термодинамический потенциал. Это физическая величина, заданная с учетом нескольких независимых переменных текущего состояния термодинамического равновесия.

К таким параметрам состояния относятся масса, давление, внутренняя энергия и некоторые другие. Чтобы понять значение второго закона термодинамики, разберем, что такое энтропия.

Энтропия

Если бы вечный двигатель второго рода был изобретен, то мы бы научились использовать всю внешнюю энергию источника в механическую работу, а коэффициент полезного действия (КПД) был бы равен 100%, или 1. Это невозможно, потому что часть теплоты во время передачи обязательно рассеивается или превращается в другие виды энергии, которые нельзя использовать для механической работы.

Энтропия — мера необратимого рассеивания энергии. Эта функция состояния была введена в теоретическую физику все тем же Р. Клаузиусом в формулировке, которую мы привели несколькими абзацами выше. Энтропия остается постоянной, если процесс замкнут и обратим, и меняется в положительную сторону при замкнутых и необратимых.

Формула энтропии, обозначаемой буквой S, выглядит так:

Формула
 

Тепловая смерть Вселенной

Введение понятия энтропии позволило обосновать второе начало термодинамики, окончательно опровергнуть возможность изобретения вечного двигателя и… создать новую антинаучную теорию.

Гипотеза о тепловой смерти Вселенной (или Большом замерзании) также была сформулирована Р. Клаузиусом. Согласно второму началу термодинамики, физическая система, которая не обменивается энергией с другими системами, стремится к наиболее вероятному равновесному состоянию, или состоянию с максимумом энтропии. Под определение такой системы во времена Р.Клаузиуса Вселенная вполне подходила — а это значило, что в определенный момент она должна была прийти в состояние равновесия. Внутренние процессы прекратились бы, а жизнь на Земле стала бы невозможной.

Возникновение гипотезы вызвало критику и попытки ее опровержения. Например, аргументом было представление о том, что Вселенная бесконечна, в то время как второе начало термодинамики касается только конечных систем. Несмотря на это, некоторые ученые придерживались идеи о тепловой смерти до середины 20-го века, а сама гипотеза по-прежнему находит отражение в литературе и кинематографе.

Плакат
Источник: pinterest.com

Тема тепловой смерти Вселенной затрагивается в рассказе Айзека Азимова «Последний вопрос», опубликованном в 1956 году. 

Кроме того, несмотря на недоказанность, именно гипотеза о тепловой смерти Вселенной стала толчком к развитию идей А. Эйнштейна, А. А Фридмана и Г. А. Гамова, которые легли в основу ныне широко распространенной релятивистско-термодинамической модели эволюции.

Научное сообщество 21 века не поддерживает эту гипотезу, так как опытным путем было выяснено, что у применения второго начала термодинамики есть верхняя и нижняя границы. Эти параметры ставят под сомнение идею о неизбежном «конце света», по крайней мере, таком его варианте. Однако пока ученым точно не известно, какие именно процессы космологического масштаба препятствуют росту энтропии.

Надеемся, что наша статья упростила понимание второго начала термодинамики и объяснила, почему изобретение вечного двигателя невозможно. Правда, для решения сложных задач знания основ теории, скорее всего, окажется недостаточно. Но выход есть: обращайтесь к авторам FenixHelp — здесь вам всегда помогут с выполнением и оформлением любой учебной работы.

Развернуть

Третье начало термодинамики: еще один камень в сторону вечного двигателя

Завершаем краткий курс основ объяснением третьего начала.

Что такое абсолютный нуль?

Так в научной литературе называется нижний предел температуры, которую может иметь физическое тело в нашей Вселенной. Эта отметка — начало шкалы Кельвина, которая при переводе в градусы Цельсия эквивалентна -273,15˚.

ОК
Источник: pinterest.com

Законы классической термодинамики не оставляют шансов достичь абсолютного нуля даже в лабораторных условиях, так как энергия теплового движения молекул и атомов любого вещества при такой низкой температуре также становится равной нулю. Это значит, что частицы прекращают свое хаотическое движение, образуют упорядоченную структуру и занимают конкретное положение в узлах кристаллической решетки.

Тем не менее квантовая физика допускает существование нулевых колебаний (уже читали нашу статью о том, как нулевые колебания могли стать причиной зарождения Вселенной?) даже при таких низких температурах. Благодаря этим квантовым эффектам единственным веществом, которое не затвердевает при абсолютном нуле, является жидкий гелий. Правда, для демонстрации этого свойства необходимо сохранение нормального давления. Кристаллизируется гелий при давлении в 25 атмосфер.

Ученые продолжают испытывать возможности человеческой цивилизации и пытаться подобраться в лабораторных условиях к нижнему порогу как можно ближе. На данный момент рекордом является отметка 2·10–9 K (двухмиллиардная часть градуса) выше абсолютного нуля, т.е. меньше, чем -273,14˚С. В то же время самым холодным местом во Вселенной считается туманность Бумеранг, где была зафиксирована температура в -272˚С.

Звезды
Источник: pinterest.com

Третье начало термодинамики

Как и второе, третье начало было сформулировано только после ряда экспериментов. Этот фундаментальный закон был введен Вальтером Нернстом в 1906 году, однако современное научное сообщество придерживается варианта, предложенного Максом Планком:

Энтропия правильно образованного кристалла при абсолютном нуле равна нулю

О том, что такое энтропия, мы подробно рассказали в прошлой статье, когда объясняли второе начало термодинамики. Если кратко, то это функция состояния термодинамической системы, которая характеризует количество неизбежно рассеиваемой энергии.

Некоторое время ученые подвергали сомнению справедливость третьего начала, однако позднее противоречия, которые оно вызывало в расчетах свойств некоторых веществ при абсолютном нуле, получили другое объяснение. Например, предположение об особых состояниях вещества, которые нельзя относить к термодинамически равновесным.

Сейчас третье начало принято всеми учеными и является одним из основных физических постулатов. А главный вывод, который мы можем сделать благодаря знанию этого закона: охладить тело до отметки в -273,15˚С невозможно. Если это случилось, проверьте термометр (шутка).

Мы завершаем наш цикл и надеемся, что статьи оказались полезными и нужными. Однако если времени на дальнейший разбор физической теории нет, а задачи сами собой не решаются — обращайтесь в FenixHelp. Здесь всегда помогут с выполнением и оформлением любой учебной работы.

Развернуть

Как заработать деньги, если вы сова

Несмотря на то что основная часть жителей планеты ведет дневной образ жизни, «ночные» вакансии есть практически в каждой профессиональной сфере. Мы собрали те из них, куда можно устроиться, не имея специальных навыков.

Кому нравится работать по ночам

Изобретение электричества изменило образ жизни человека. Люди, привыкшие быть «жаворонками», потому что у них не было другого выбора, получили шанс продлить время бодрствования. Настоящие «ранние пташки» используют его, чтобы закончить дела, а совы — чтобы начать.

Несмотря на то что хронотип, определяющий время повышенной работоспособности, заложен в генах, организм достаточно гибок. Это значит, что склонность человека бодрствовать днем или ночью в значительной степени определяется социальными факторами и личными предпочтениями. Ночной образ жизни выбирают как люди, которые любят быть в тишине, так и те, кому нравится быть в гуще событий.

Работа в вечернее время
Источник: fresher.ru

Чем опасна «ночная» работа

В то же время ночная работа не подойдет людям со слабым здоровьем: сбитый режим дня активирует хронические заболевания, понижает иммунитет, негативно влияет на настроение. Щадящий график 2/2 уменьшает нагрузку на здоровье, но не перекрывает отрицательный эффект. Социализация тоже потерпит удар — человеку, сменившему образ жизни на ночной, будет сложнее синхронизировать свой график с графиками родных, друзей и остальным миром «жаворонков» — поликлиниками, государственными службами, торговыми центрами и даже начальством, которое наверняка работает днем.

Кем можно работать ночью

Круглосуточного режима придерживаются все срочные службы — медики, пожарные, полиция, МЧС — и часто ночные смены бывают более напряженными, чем дневные. В больших городах в режиме 24/7 работают аптеки, супермаркеты, гостиничный и ресторанный бизнес, предприятия, обеспечивающие жизнедеятельность города (электростанции, транспорт), и даже некоторые кинотеатры. Для большинства вакансий нужно иметь специальные навыки, поэтому мы выбрали только те сферы, где они не обязательны.

Фриланс

Удаленную работу выбирают люди, ценящие комфорт, свободу и время. Мы уже писали о способах заработка в интернете, но большая часть идей подходит людям, которые уже знают, чем хотят заниматься, и потратили время на обучение этим навыкам. Однако не надо забывать, что мир digital развивается, поэтому каждый год список профессий пополняется еще на пару десятков позиций. Образование не нужно модераторам, личным помощникам блогеров, транскрибаторам (людям, расшифровывающим аудиозаписи). Несложные задания можно найти на биржах FL, work-zilla, а полноценную работу — в телеграм-каналах.

Работа вечером
Источник: dribbble.com

Образование

Многим людям кажется, что у них нет полезных навыков, однако если вы можете прочитать это предложение, то это точно не так — по крайней мере, вы умеете читать и искать информацию в интернете. Скорее всего, у вас есть и другие знания, которым несложно найти применение. Студенты могут объяснить материал и помочь с домашним заданием школьникам, а недавние выпускники — учащимся вузов и колледжей. Найти заказы (срочные и несрочные), которые можно выполнять ночью у себя дома, проще всего на платформе ФениксХелп, а учеников из других часовых поясов или таких же «сов» из вашего — на TutorOnline.

Техподдержка и колл-центры

Офлайн-профессии тоже не следует сбрасывать со счетов. Общительные «совы» могут попробовать себя в консалтинге, несмотря на то, что эти вакансии традиционно считаются «дневными» — по времени работы большинства магазинов и фирм. Крупные компании охватывают широкий рынок, затрагивающий регионы в разных часовых поясах. Круглосуточная работа менеджеров по работе с клиентами помогает бизнесу поддерживать связь и сохранять лояльность аудитории.

Рестораны и гостиницы

Сфера гостеприимства — одна из немногих, где вакансий для «сов» примерно столько же, сколько и для «жаворонков». Отели, гостиницы и хостелы работают круглосуточно и не могут оставаться на плаву без «ночных» администраторов. Рестораны, клубы, бары большую часть прибыли получают в темное время суток и часто работают до утра. Зарплата обслуживающего персонала обычно не высока, но если должность подразумевает контакт с посетителями (официант, бармен, хостес), то этот недостаток восполнят чаевые.

Ресторан
Источник: dailyminsk.by

Склады и охрана

Упаковщики товаров, вахтеры и сторожи тоже в основном «совы». Скорее всего, работодателю не будет важен опыт работы и профессиональные навыки. Некоторые вакансии вахтеров можно совмещать с фрилансом — главное, не терять бдительность.

Надеемся, что наша статья помогла определиться с выбором и найти профессию по душе. Переход на ночной образ жизни лучше рассматривать как временный вариант, пока не подвернется более подходящая дневная вакансия. А до тех пор следите за здоровьем и настроением — хорошее самочувствие важнее денег.

Развернуть

Дополнительный заработок в интернете: неофициальные способы подработки во время учебы

Рассказываем, как и где можно подрабатывать студентам и зачем нужно это делать.

Зачем нужна подработка?

О плюсах и минусах совмещения работы и учебы мы уже рассказали тут. Но если говорить коротко, то подработка будет полезна тем, кому нужны:

  • Финансовая независимость. Здорово, если ваши родители все еще не против помогать, но когда-нибудь все равно придется стать самостоятельным. Так почему не сейчас? Отличное время для «репетиции» перед окончательным вступлением во взрослую жизнь.
  • Новые навыки. Любая деятельность — это ценный опыт, особенно в молодом возрасте, когда в новинку абсолютно всё. Поэтому даже если для подработки вы выберете сферу, далекую от будущей карьеры, можно постараться извлечь из нее максимальную пользу.
  • Расстановка приоритетов. Совмещение работы и учебы — это стресс, который поможет понять, что действительно важно, что можно отложить до лучших времен, а от чего совсем отказаться. Кроме того, это подходящее время, чтобы «найти себя» и работу, которая будет нравиться.
  • Опыт работы. Многие компании с опаской относятся не только к студентам, но и недавним выпускникам, которые никогда не работали. Однако если вам уже будет что рассказать на первом собеседовании после получения диплома, вероятно, недостаток опыта нивелируется.
  • Полезные контакты. Как гласит известная пословица, «Не имей сто рублей, а имей сто друзей». Хорошие знакомые дадут ценный совет, расскажут о подходящей вакансии в своей компании, порекомендуют вас (конечно, если вы хороший специалист) знакомому работодателю.

Минусы у совмещения двух видов деятельности, конечно, тоже есть:

  • Нехватка времени. Чаще всего это затрагивает студентов, которые учатся на сложных специальностях. Работа также требует, чтобы ей уделяли время, поэтому трудоустройство на полный рабочий день — плохой вариант. Частичная занятость по 2-4 часа — уже лучше, но тоже не всегда подходит.
  • Повышенный стресс. Дедлайнов в университете всегда хватает: контрольные, рефераты, курсовые. С этой проблемой справиться легко, пока «на подхвате» есть специалисты ФениксХелп. А вот срочные задачи на работе придется закрывать самостоятельно.
  • Большое количество задач. Есть еще одна известная пословица: «За двумя зайцами погонишься — ни одного не поймаешь». Чтобы достичь успеха в чем-либо одном, вам придется выбрать, что важнее — учеба или работа, и придерживаться этой стратегии.

Как и где можно подработать в интернете?

Мы живем в удивительное время, когда возможностей заработать удаленно, используя только интернет, становится с каждым днем все больше. Поэтому мы собрали самые привлекательные и надежные способы и составили список:

Биржи фриланса

Фриланс привлекает все больше молодых людей, ценящих гибкий график, свободу передвижения и отсутствие начальства. Уйти в «вольное плавание» может практически каждый, у кого есть интернет и какие-либо полезные навыки. Например:

  • Умение писать тексты (информационные или SEO-статьи). Ни один коммерческий сайт не сможет остаться на плаву, оставаясь пустым. Влиться в сферу копирайтинга можно, начав работу на текстовых биржах. Главные посредники между заказчиками и пишущими на русском языке исполнителями — Advego, eTXT и Text.ru, но есть и другие. Также пользуются спросом корректоры, редакторы и контент-менеджеры. Кроме того, удаленную работу, связанную с текстами, можно найти самостоятельно или по знакомству, но обычно компании не доверяют начинающим авторам без портфолио.
  • Владение учебными предметами на высоком уровне. Сфера оказания образовательных услуг тоже постепенно уходит в интернет. Хорошее знание учебных дисциплин применимо сразу в двух направлениях: онлайн-репетиторство и помощь в написании контрольных, рефератов, курсовых и дипломных работ. В первом случае попробовать себя можно на сайте TutorOnline, во втором — в ФениксХелп.
  • Хорошее знание иностранных языков. Редкий навык, который всегда пользуется спросом и может быть применим в разных сферах. Если вы владеете популярными языками, то можно стать переводчиком, автором текстов на иностранном языке или репетитором. Поиск заказов все там же: Advego, eTXT, TutorOnline.
  • Творческие способности и увлеченность фото- или видеосъемками, рисованием векторной графики. Продавать иллюстрации можно на сайтах фотобанков — Shutterstock, Depositphotos, Adobe Stock и других. Доход сначала будет небольшим, но регулярное пополнение портфолио поможет заработку сдвинуться с мертвой точки.
  • Знание языков программирования, дизайна, маркетинга. Это узкие навыки, которые ценятся выше. Начинающие специалисты могут попробовать найти работу на сайтах FL, Upwork (международная биржа на английском языке), Freelance и других.

Главные минусы такого вида заработка — низкая оплата труда (сайты-посредники берут комиссию) и зависимость от оценки других пользователей (если нарваться на недобросовестного заказчика в самом начале, восстановить рейтинг будет очень сложно). Однако начиная с низов, можно постепенно отточить навыки, наработать клиентскую базу и наполнить портфолио, которое в будущем сыграет хорошую службу при поиске другой удаленной работы или «настоящей» в офисе.

биржи
Источник: pinterest.com

Создание собственного контента

Достойная альтернатива биржам. Монетизировать доход можно через встроенную рекламу или сотрудничество с брендами, комиссию за выполненную работу никому платить не нужно, что позволяет существенно сэкономить деньги. Собственное маленькое СМИ может запустить каждый, у кого есть идея, талант и возможности, позволяющие создавать:

  • Тексты. Тут может быть два пути: разработка собственного портала и создание блога в одной из существующих соцсетей. Мода на сайты-площадки меняется с годами, поэтому нужно быть готовым к тому, что однажды подписчиков станет меньше. Сейчас на пике находятся Instagram и Telegram, активно развивается Яндекс.Дзен. Кроме хорошего слога и навыка обработки информации, также полезным будет умение создавать или правильно подбирать иллюстрации.
  • Видео. Перспективное направление, которое с каждым годом все больше теснит телевидение. Лидер в этой отрасли — старый добрый YouTube, со стремительной скоростью набирает популярность TikTok. Для удачного запуска понадобятся хорошая техника, умение снимать и монтировать и, конечно, харизма.

Трудности, с которыми предстоит столкнуться каждому контент-мейкеру, — нехватка времени и ресурсов. Создание собственных материалов гораздо сложнее, чем узкая направленность на фриланс-биржах, и требует большего количества навыков. И даже если с этим у вас все в порядке, усилия будут напрасны без вкладывания средств в раскрутку: без покупки рекламы уже на начальном этапе о вас просто никто не узнает.

контент
Источник: pinterest.com

Стартап

Заработать в интернете можно, запустив проект: приложение, программу, игру, сервис. Главные ключи к успеху — идея, ресурсы и дружная команда единомышленников, готовых на первых порах много работать без оплаты. Несмотря на то, что многие стартапы закрываются, запущенный проект, прошедший различные стадии подготовки, — ценная строчка в резюме, которая наверняка заинтересует будущего работодателя. Впрочем, поиск работы на «чужого дядю» не будет стоять на повестке дня, если стартап начнет приносить прибыль и перерастет в собственный бизнес.

стартап
Источник: delo.ua

Мы надеемся, что вам удастся найти баланс между учебой и работой, а новое увлечение будет не только приносить прибыль, но и подталкивать к дальнейшему развитию. Но если что-то пойдет не так и вам понадобится помощь, не стесняйтесь обращаться к специалистам ФениксХелп. Наши авторы будут рады поддержать целеустремленного человека и поделиться опытом в составлении и оформлении учебных работ любой сложности.

Развернуть

Спин и момент импульса: просто о сложном

Рассказываем, что такое спин с точки зрения физики и как он проявляется в бозонах и фермионах.

Что такое момент импульса?

Теоретическая физика разделяет классическую и квантовую механику. Момент импульса в привычном определении ньютоновской механики — физическая величина, которая характеризует количество вращательного движения, а сама формула выглядит так:

Момент импульса
 

Т.е. момент импульса может быть определен относительно точки в пространстве и оси объекта.

В квантовой механике, объясняющей взаимодействия и свойства частиц, такая величина тоже есть. Как и объекты макромира, частицы могут вращаться вокруг точки в пространстве и своей оси, а значит, иметь орбитальный момент импульса.

А что такое спин?

Спин — еще одна величина, которая объяснима только в рамках квантовой механики. Это собственный момент импульса, характеризующий внутреннее вращательное состояние частицы, не зависящее от внешних условий.

Увидеть и объяснить, что именно происходит внутри частицы, невозможно (по крайней мере, на данный момент). Ученые предположили существование спина на основании математических вычислений.

Спиновое квантовое число

Для того чтобы охарактеризовать собственный момент импульса частицы, теоретики ввели еще одно понятие — спиновое квантовое число J (иногда его тоже сокращенно называют «спин», но это не совсем точно). Его значение пропорционально приведенной постоянной Планка:

Спиновое квантовое число
 

У каждой частицы свое спиновое число. Например, у бозонов (читали нашу статью о поисках бозона Хиггса?) — целый спин, а у фермионов — полуцелый.

Бозоны vs фермионы

Эти частицы — неотъемлемые составляющие Стандартной модели. К бозонам относятся фотон, глюон, бозон Хиггса. Они подчиняются статистике Бозе-Эйнштейна, допускающей, что в одном квантовом состоянии может находиться неограниченное количество одинаковых частиц.

Фермионы — электрон, лептон, кварк — подчиняются статистике Ферми-Дирака, т.е. в одном квантовом состоянии может находиться не более одной частицы.

Понять, что именно стоит за этими пространными определениями, можно, представив отличия бозонов и фермионов на примерах объектов из макромира.

Допустим, спин объекта А равен 0 — представим его в виде точки. При вращении А мы не увидим изменений.

Спин объекта B (пусть это будет карандаш, заточенный с одной стороны) равен 1. В таком случае В будет выглядеть с разных сторон по-разному. Нам придется повернуть его на 360˚, чтобы увидеть таким же, как в исходной точке.

Спин объекта C (одинаково заточенный с двух сторон карандаш) равен 2. Такой предмет достаточно повернуть на 180˚, чтобы получить такое же изображение, какое мы могли наблюдать в исходной точке.

Полуцелый спин ½ будет у объекта, который для повтора изображения нужно повернуть на 720˚. Например, точка, движущаяся по ленте Мёбиуса.

Лента Мёбиуса
Источник: natalie.mu

Надеемся, что мы помогли разобраться в том, что такое спин и какое значение он имеет в квантовой механике. А если этой информации оказалось недостаточно, не стесняйтесь обращаться за более подробной консультацией к специалистам Феникс.Хэлп.

Развернуть