Научное и практическое значение второго начала термодинамики

Из рассмотренных выше примеров ясно, что основное зна­чение второго начала состоит в предсказании направления про­цессов в системе. Конечно, во многих случаях его можно определить и без применения законов термодинамики. Однако для этого необходимо глубоко разобраться в механизме протека­ния данного явления, причем для каждого случая требуются свои методы анализа и расчета. В термодинамическом же под­ходе заключен универсальный принцип анализа процессов, имеющих самую разную природу.

Например, вывод об особенностях растворимости тех или иных веществ можно сделать, рассмотрев силы, возникающие при гидратации ионов, характер взаимодействия в кристалли­ческой решетке и т. д.; для предсказания результата конформа-ционных перестроек белковых молекул необходимы сведения о вторичной и третичной структурах данной молекулы, об ее электронных уровнях и т. п. Подобные исследования требуют детального изучения объекта, которое обычно весьма трудоем­ко, а зачастую и просто невозможно на сегодняшнем уровне развития науки.

Второе начало термодинамики дает единый алгоритм изуче­ния самых различных явлений. Результат анализа определя­ется всего одним критерием — знаком изменения энтропии. Найдя его, исследователь получает информацию о направлении интересующего его процесса. Такой путь не только упрощает решение трудных задач, но и проводит к глубоким обобщениям, к вскрытию единой природы явлений, кажущихся весьма дале­кими друг от друга.

В науке и технике есть много примеров, когда именно тер­модинамический анализ того или иного процесса позволил за­ранее определить, при каких условиях он будет протекать в нужном направлении, то есть прогнозировать успех. Нацример, поиски метода изготовления искусственных алмазов долгое вре­мя велись чисто эмпирически, вслепую, и оказались безрезуль­татными. Расчет изменения свободной энергии точно указал, в каких границах должны находиться температура и давление, чтобы графит мог превратиться в алмаз. Эти расчеты позволили в сжатые сроки разработать технологию изготовления искусст­венных алмазов и наладить их производство в необходимых для народного хозяйства масштабах. Другие подобные примеры, в том числе биофизические, будут рассмотрены дальше.

В заключение важно отметить, что термодинамику, как и любой научный метод, надо применять диалектически, а не ме­тафизически. Термодинамический подход только тогда оказы­вается плодотворным, когда он сопровождается глубоким ана­лизом всех факторов, влияющих на свободную энергию систе­мы, в их всестороннем взаимодействии.

Дата добавления: 2014-01-15