Prečo používanie modelov ovplyvňuje hranice použiteľnosti. Dôvody použitia simulačných modelov

Viktor Kuligin

Zverejňovanie obsahu a špecifikácia pojmov by mala vychádzať z toho či onoho špecifického modelu vzájomného prepojenia pojmov. Model, objektívne reflektujúci určitý aspekt spojenia, má hranice použiteľnosti, za ktorými jeho použitie vedie k nepravdivým záverom, ale v medziach svojej použiteľnosti musí mať nielen obraznosť, jasnosť a konkrétnosť, ale musí mať aj heuristickú hodnotu.

Rôznorodosť prejavov vzťahov príčiny a následku v materiálnom svete viedla k existencii niekoľkých modelov vzťahov medzi príčinou a následkom. Historicky možno každý model týchto vzťahov zredukovať na jeden z dvoch hlavných typov modelov alebo ich kombináciu.

a) Modely založené na časovom prístupe (evolučné modely). Tu sa hlavná pozornosť sústreďuje na časovú stránku vzťahov príčina-následok. Jedna udalosť – „príčina“ – vyvoláva ďalšiu udalosť – „účinok“, ktorý zaostáva za príčinou v čase (oneskoruje). Zaostávanie je charakteristickým znakom evolučného prístupu. Príčina a následok sú vzájomne závislé. Odkaz na generovanie následku príčinou (genéza), hoci zákonný, sa však do definície vzťahu príčiny a následku vnáša akoby zvonku, zvonku. Zachytáva vonkajšiu stránku tohto spojenia bez toho, aby hlboko vystihol podstatu.

Evolučný prístup vyvinuli F. Bacon, J. Mill a ďalší Krajným polárnym bodom evolučného prístupu bola pozícia Huma. Hume ignoroval genézu, popieral objektívnu povahu kauzality a redukoval kauzalitu na jednoduchú zákonitosť udalostí.

b) Modely založené na koncepte „interakcie“ (štrukturálne alebo dialektické modely). Význam mien sa dozvieme neskôr. Hlavný dôraz sa tu kladie na interakciu ako zdroj vzťahov príčina-následok. Samotná interakcia pôsobí ako príčina. Kant venoval tomuto prístupu veľkú pozornosť, ale dialektický prístup ku kauzalite získal svoju najjasnejšiu podobu v dielach Hegela. Z moderných sovietskych filozofov tento prístup vyvinul G.A. Svechnikov, ktorý sa snažil podať materialistickú interpretáciu jedného zo štrukturálnych modelov vzťahov príčiny a následku.

Existujúce a v súčasnosti používané modely odhaľujú mechanizmus vzťahov príčina-následok rôznymi spôsobmi, čo vedie k nezhodám a vytvára základ pre filozofické diskusie. Intenzita diskusie a polárny charakter názorov naznačujú ich relevantnosť.

Zdôraznime niektoré otázky, o ktorých sa diskutuje.

a) Problém simultánnosti príčiny a následku. Toto je hlavný problém. Sú príčina a následok simultánne alebo oddelené časovým intervalom? Ak sú príčina a následok simultánne, prečo potom príčina vyvoláva následok a nie naopak? Ak príčina a následok nie sú súčasné, môže existovať „čistá“ príčina, t.j. príčina bez následku, ktorá sa ešte nevyskytla, a „čistý“ účinok, keď pôsobenie príčiny skončilo, ale účinok stále trvá? Čo sa deje v intervale medzi príčinou a následkom, ak sú oddelené v čase atď.?

b) Problém jednoznačnosti vzťahov príčina-následok. Spôsobuje tá istá príčina rovnaký účinok, alebo môže jedna príčina vyvolať akýkoľvek účinok z niekoľkých potenciálnych? Môže byť rovnaký účinok vyvolaný niektorou z viacerých príčin?

c) Problém spätného vplyvu účinku na jeho príčinu.

d) Problém spojenia príčiny, príležitosti a podmienok. Môžu za určitých okolností príčina a stav zmeniť roly: príčina sa stáva podmienkou a stav príčinou? Aký je objektívny vzťah a charakteristické znaky príčiny, príležitosti a stavu?

Riešenie týchto problémov závisí od zvoleného modelu, t.j. do značnej miery na tom, aký obsah bude zaradený do počiatočných kategórií „príčina“ a „následok“. Definičný charakter mnohých ťažkostí sa prejavuje napríklad v tom, že neexistuje jediná odpoveď na otázku, čo treba chápať pod pojmom „príčina“. Niektorí bádatelia uvažujú o príčine ako o hmotnom objekte, iní ako o jave, iní ako o zmene stavu, iní ako o interakcii atď.

Pokusy ísť nad rámec modelovej reprezentácie a poskytnúť všeobecnú, univerzálnu definíciu vzťahu príčiny a následku nevedú k riešeniu problému. Ako príklad môžeme uviesť nasledujúcu definíciu: „Kauzalita je také genetické spojenie javov, pri ktorom jeden jav, nazývaný príčina, za prítomnosti určitých podmienok nevyhnutne generuje, spôsobuje, uvádza do života ďalší jav, nazývaný následok. “ Táto definícia je formálne platná pre väčšinu modelov, ale bez spoliehania sa na model nemôže vyriešiť nastolené problémy (napríklad problém simultánnosti), a preto má obmedzenú teoreticko-kognitívnu hodnotu.

Väčšina autorov má pri riešení vyššie uvedených problémov tendenciu vychádzať z moderného fyzikálneho obrazu sveta a spravidla trochu menej pozornosti venuje epistemológii. Medzitým sú tu podľa nášho názoru dva dôležité problémy: problém odstránenia prvkov antropomorfizmu z konceptu kauzality a problém nekauzálnych súvislostí v prírodných vedách. Podstatou prvého problému je, že kauzalita ako objektívna filozofická kategória musí mať objektívny charakter, nezávislý od poznávajúceho subjektu a jeho činnosti. Podstata druhého problému: či uznať kauzálne súvislosti v prírodnej vede ako univerzálne a univerzálne, alebo uvažovať, že takéto súvislosti sú svojou povahou obmedzené a že existujú súvislosti nekauzálneho typu, ktoré popierajú kauzalitu a obmedzujú hranice uplatniteľnosť princípu kauzality? Veríme, že princíp kauzality je univerzálny a objektívny a jeho aplikácia nepozná obmedzenia.

Takže dva typy modelov, ktoré objektívne odrážajú niektoré dôležité aspekty a črty príčinno-dôsledkových vzťahov, sú do určitej miery v protiklade, keďže riešia problémy simultánnosti, jednoznačnosti atď. rôznymi spôsobmi, no zároveň, objektívne odrážajúce niektoré aspekty príčinno-následkových vzťahov, musia byť vo vzájomnej súvislosti. Našou prvou úlohou je identifikovať toto spojenie a spresniť modely.

Limit použiteľnosti modelov

Pokúsme sa stanoviť hranicu použiteľnosti modelov evolučného typu. Kauzálne reťazce, ktoré spĺňajú evolučné modely, majú tendenciu mať vlastnosť tranzitivity. Ak je udalosť A príčinou udalosti B (B je dôsledkom A), ak je naopak udalosť B príčinou udalosti C, potom udalosť A je príčinou udalosti C. Ak A → B a B → C , potom A → C. Takto sa teda vytvárajú najjednoduchšie reťazce príčin a následkov. Udalosť B môže v jednom prípade pôsobiť ako príčina a v inom ako dôsledok. Tento vzor si všimol F. Engels: „...príčina a následok sú reprezentácie, ktoré ako také majú význam len vtedy, keď sa aplikujú na daný jednotlivý prípad: ale len čo tento jednotlivý prípad zvážime vo všeobecnom spojení s celým svetom ako celok sa tieto reprezentácie zbiehajú a prelínajú v reprezentácii univerzálnej interakcie, v ktorej príčiny a následky neustále menia miesta; čo je príčinou tu alebo teraz, stáva sa následkom tam alebo vtedy a naopak“ (zv. 20, s. 22).

Tranzitivita umožňuje podrobnú analýzu kauzálneho reťazca. Pozostáva z rozdelenia konečného reťazca na jednoduchšie články príčiny a následku. Ak A, potom A → B1, B1 → B2,..., Bn → C. Má však konečný kauzálny reťazec vlastnosť nekonečnej deliteľnosti? Môže mať počet článkov v konečnom reťazci N sklon k nekonečnu?

Na základe zákona prechodu kvantitatívnych zmien na kvalitatívne možno tvrdiť, že pri delení konečného reťazca príčin a následkov sa stretneme s takým obsahom jednotlivých článkov reťazca, že ďalšie delenie stratí zmysel. Všimnite si, že nekonečnú deliteľnosť, ktorá popiera zákon prechodu kvantitatívnych zmien na kvalitatívne, Hegel nazval „zlé nekonečno“

K prechodu kvantitatívnych zmien na kvalitatívne dochádza napríklad pri delení kúska grafitu. Keď sa molekuly oddelia, kým sa nevytvorí monoatomický plyn, chemické zloženie sa nemení. Ďalšie delenie látky bez zmeny jej chemického zloženia už nie je možné, keďže ďalšou fázou je štiepenie atómov uhlíka. Tu z fyzikálno-chemického hľadiska kvantitatívne zmeny vedú ku kvalitatívnym.

Uvedený výrok F. Engelsa jasne ukazuje myšlienku, že základom vzťahov príčina-následok nie je spontánny prejav vôle, nie rozmar náhody a nie božský prst, ale univerzálna interakcia. V prírode nedochádza k samovoľnému vzniku a deštrukcii pohybu, dochádza k vzájomným prechodom jednej formy pohybu hmoty k iným, od jedného hmotného objektu k druhému, pričom tieto prechody nemôžu nastať inak ako interakciou hmotných objektov. Takéto prechody spôsobené interakciou vedú k novým javom, ktoré menia stav interagujúcich objektov.

Interakcia je univerzálna a tvorí základ príčinnej súvislosti. Ako správne poznamenal Hegel, „interakcia je kauzálny vzťah predpokladaný v jej plnom rozvoji“. F. Engels sformuloval túto myšlienku ešte jasnejšie: „Interakcia je prvá vec, ktorá sa nám zjaví, keď uvažujeme o pohybe hmoty ako celku z pohľadu modernej prírodnej vedy... Prírodná veda teda potvrdzuje, že... že interakcia je skutočnou causa finalis vecí. Nemôžeme ísť ďalej ako k poznaniu tejto interakcie práve preto, že za ňou už nie je nič viac k poznaniu“ (zv. 20, s. 546).

Keďže interakcia je základom kauzality, uvažujme o interakcii dvoch hmotných objektov, ktorých diagram je znázornený na obr. 1. Tento príklad neporušuje všeobecnosť uvažovania, keďže interakcia viacerých objektov je zredukovaná na párové interakcie a možno ju posudzovať podobným spôsobom.

Je ľahké vidieť, že počas interakcie sa oba objekty súčasne navzájom ovplyvňujú (reciprocita konania). V tomto prípade sa zmení stav každého z interagujúcich objektov. Žiadna interakcia – žiadna zmena stavu. Preto možno zmenu stavu ktoréhokoľvek z interagujúcich objektov považovať za čiastkový dôsledok príčiny – interakcie. Úplným dôsledkom bude zmena stavov všetkých objektov v ich úplnosti.

Je zrejmé, že takýto model príčiny a následku elementárneho prepojenia evolučného modelu patrí do triedy štrukturálnych (dialektických). Je potrebné zdôrazniť, že tento model sa neobmedzuje na prístup vyvinutý G.A. Svechnikov, keďže vyšetrovaný G.A. Svechnikov, podľa V.G. Ivanov, pochopil „... zmenu v jednom alebo všetkých interagujúcich objektoch alebo zmenu v povahe samotnej interakcie až po jej kolaps alebo transformáciu“. Čo sa týka zmeny štátov, ide o zmenu G.A. Svechnikov to klasifikoval ako nekauzálny typ spojenia.

Zistili sme teda, že evolučné modely ako elementárny, primárny článok obsahujú štrukturálny (dialektický) model založený na interakcii a zmene stavov. O niečo neskôr sa vrátime k rozboru vzájomného prepojenia týchto modelov a štúdiu vlastností evolučného modelu. Tu by sme chceli poznamenať, že v plnom súlade s uhlom pohľadu F. Engelsa k zmene javov v evolučných modeloch odrážajúcich objektívnu realitu nedochádza v dôsledku jednoduchej zákonitosti udalostí (ako u D. Huma), ale v dôsledku na podmienenosť vytvorenú interakciou (genéza). Preto aj keď sa do definície vzťahov príčin a následkov v evolučných modeloch zavádzajú odkazy na tvorbu (genézu), odrážajú objektívnu povahu týchto vzťahov a majú právny základ.

Obr. 2. Štrukturálny (dialektický) model kauzality

Vráťme sa k štrukturálnemu modelu. Vo svojej štruktúre a význame dokonale súhlasí s prvým zákonom dialektiky - zákonom jednoty a boja protikladov, ak sa interpretuje:

– jednota – ako existencia predmetov v ich vzájomnom spojení (interakcii);

– protiklady – ako vzájomne sa vylučujúce tendencie a charakteristiky stavov spôsobené interakciou;

– boj – ako interakcia;

- vývoj - ako zmena stavu každého z interagujúcich hmotných objektov.

Preto štrukturálny model, ktorý sa spolieha na interakciu ako príčinu, možno nazvať aj dialektickým modelom kauzality. Z analógie štrukturálneho modelu a prvého zákona dialektiky vyplýva, že kauzalita pôsobí ako odraz objektívnych dialektických rozporov v samotnej prírode, na rozdiel od subjektívnych dialektických rozporov, ktoré vznikajú v ľudskej mysli. Štrukturálny model kauzality je odrazom objektívnej dialektiky prírody.

Uvažujme o príklade ilustrujúcom aplikáciu štrukturálneho modelu vzťahov príčina-následok. Takýchto príkladov, ktoré sú vysvetlené pomocou tohto modelu, možno nájsť pomerne veľa v prírodných vedách (fyzika, chémia atď.), keďže pojem „interakcia“ je v prírodných vedách základom.

Vezmime si ako príklad pružnú zrážku dvoch guľôčok: pohybujúcej sa gule A a nehybnej gule B. Pred zrážkou bol stav každej gule určený súborom atribútov Ca a Cb (hybnosť, kinetická energia atď.). ). Po zrážke (interakcii) sa stavy týchto loptičiek zmenili. Označme nové stavy C"a a C"b. Dôvodom zmeny stavov (Ca → C"a a Cb → C"b) bola interakcia loptičiek (zrážka); dôsledkom tejto kolízie bola zmena stavu každej gule.

Ako už bolo spomenuté, evolučný model je v tomto prípade málo použiteľný, keďže nemáme do činenia s kauzálnym reťazcom, ale s elementárnym prepojením príčiny a následku, ktorého štruktúru nemožno redukovať na evolučný model. Aby sme to ukázali, ilustrujme tento príklad vysvetlením z pozície evolučného modelu: „Pred zrážkou bola guľa A v pokoji, takže príčinou jej pohybu je guľa B, ktorá ju zasiahla.“ Tu je guľa B príčinou a pohyb lopty A je dôsledkom. Ale z tých istých pozícií možno poskytnúť nasledujúce vysvetlenie: „Pred zrážkou sa guľa B pohybovala rovnomerne po priamej dráhe. Keby nebolo lopty A, povaha pohybu lopty B by sa nezmenila." Tu je príčinou už guľa A a dôsledkom je stav loptičky B. Vyššie uvedený príklad ukazuje:

a) istá subjektivita, ktorá vzniká pri aplikácii evolučného modelu za hranicu jeho použiteľnosti: príčinou môže byť buď guľa A alebo guľa B; táto situácia je spôsobená tým, že evolučný model vyberá jednu konkrétnu vetvu následku a obmedzuje sa na jej interpretáciu;

b) typická epistemologická chyba. Vo vyššie uvedených vysvetleniach z pozície evolučného modelu jeden z hmotných objektov rovnakého typu pôsobí ako „aktívny“ princíp a druhý ako „pasívny“ princíp. Ukazuje sa, že jedna z loptičiek je obdarená (v porovnaní s druhou) „aktivitou“, „vôľou“, „túžbou“, ako človek. Preto len vďaka tejto „vôli“ máme kauzálny vzťah. Takáto epistemologická chyba je určená nielen modelom kauzality, ale aj obraznosťou, ktorá je vlastná živej ľudskej reči, a typickým psychologickým prenosom vlastností charakteristických pre komplexnú kauzalitu (hovoríme o tom nižšie) na jednoduchú príčinu – a - odkaz na efekt. A takéto chyby sú veľmi typické pri použití evolučného modelu za hranicou jeho použiteľnosti. Objavujú sa v niektorých definíciách príčinnej súvislosti. Napríklad: „Takže príčinná súvislosť je definovaná ako taký účinok jedného objektu na druhý, pri ktorom zmena prvého objektu (príčiny) predchádza zmene iného objektu a nevyhnutným, jednoznačným spôsobom vedie k zmene iného objektu. objekt (efekt).“ Je ťažké súhlasiť s touto definíciou, pretože nie je vôbec jasné, prečo by sa pri interakcii (vzájomnom pôsobení!) nemali objekty deformovať súčasne, ale jeden po druhom? Ktorý objekt by sa mal deformovať ako prvý a ktorý ako druhý (prioritný problém)?

Modelové kvality

Uvažujme teraz, aké kvality obsahuje štrukturálny model kauzality. Spomeňme medzi nimi: objektivitu, univerzálnosť, konzistentnosť, jednoznačnosť.

Objektivita kauzality sa prejavuje v tom, že interakcia pôsobí ako objektívna príčina, vo vzťahu ku ktorej sú interagujúce objekty rovnocenné. Nie je tu priestor na antropomorfnú interpretáciu. Univerzálnosť je spôsobená tým, že základom kauzality je vždy interakcia. Kauzalita je univerzálna, rovnako ako samotná interakcia je univerzálna. Konzistentnosť je spôsobená skutočnosťou, že hoci sa príčina a následok (interakcia a zmena stavov) časovo zhodujú, odrážajú rôzne aspekty vzťahu príčiny a následku. Interakcia predpokladá priestorové spojenie objektov, zmenu stavu – spojenie medzi stavmi každého z interagujúcich objektov v čase.

Štrukturálny model navyše vytvára jednoznačný vzťah vo vzťahoch príčina-následok, bez ohľadu na spôsob matematického popisu interakcie. Navyše, štrukturálny model, keďže je objektívny a univerzálny, nekladie obmedzenia na povahu interakcií v prírodných vedách. V rámci tohto modelu platí okamžitá akcia na dlhé alebo krátke vzdialenosti a interakcia s akýmikoľvek konečnými rýchlosťami. Objavenie sa takéhoto obmedzenia pri určovaní vzťahov medzi príčinou a následkom by bolo typickou metafyzickou dogmou, ktorá raz a navždy postuluje povahu interakcie akýchkoľvek systémov a vnucuje fyzike a iným vedám zo strany filozofie prirodzený filozofický rámec. , alebo by to obmedzilo hranice použiteľnosti modelu natoľko, že prínosy takéhoto modelu by boli veľmi skromné.

Tu by bolo vhodné pozastaviť sa nad otázkami súvisiacimi s konečnosťou rýchlosti šírenia interakcií. Pozrime sa na príklad. Nech sú dva stacionárne náboje. Ak sa jeden z nábojov začne pohybovať so zrýchlením, potom sa elektromagnetická vlna priblíži k druhému náboju s oneskorením. Nie je tento príklad v rozpore so štrukturálnym modelom a najmä s vlastnosťou reciprocity konania, odkedy?

Podobné abstrakty:

Čas v dynamike procesov. Formovanie šípu času.

Ideálny model technológie flexibilného dizajnu (GDT). Cieľom výskumu v GTR sú princípy dialektickej metódy poznania. Princípy dialektickej metódy poznania. Systém GTP modulov.

Hadróny na rozdiel od leptónov (napríklad elektrónov), fotónov a vektorových bozónov (nosičov slabej interakcie) nepatria medzi skutočne elementárne častice, ale pozostávajú zo zásadnejších mikroskopických objektov - kvarkov a gluónov.

Uvažuje sa o všeobecnej schéme evolúcie hmoty (od „elementárnych“ interakcií až po úroveň sociálnych väzieb). Tvrdenie o absencii vonkajšej „vodiacej sily“ a univerzálneho kritéria pre smerovanie rozvoja je opodstatnené.

Celá nekonečná rozmanitosť prírodných javov sa v modernej fyzike redukuje na štyri základné interakcie. Najprv bol objavený zákon univerzálnej gravitácie, potom elektromagnetické a nakoniec silné (jadrové) a slabé interakcie.

Vedieť/rozumieť:

- plán, ktorým musia charakterizovať fyzikálnu teóriu, a to:

* teoretické a experimentálne zdôvodnenie teórie (experimentálne zdôvodnenie, modely, veličiny, metódy popisu);

* formulácie základných ustanovení (zákony, postuláty, princípy, základné ustanovenia, základné konštanty);

* dôsledky teórie a fakty ich experimentálneho overovania (konkrétne zákony, aplikácia na riešenie problémov, technické

žiadosť);

*limity použiteľnosti teórie;

* príklady praktického významu teórie a jej aplikácií.

Byť schopný:

*uveďte príklady, ktoré to ukazujú

- pozorovania a experimenty sú základom pre predkladanie hypotéz a teórií;

- experiment umožňuje overiť pravdivosť teoretických záverov;

- fyzikálna teória umožňuje vysvetliť známe prírodné javy a vedecké fakty;

- fyzikálna teória nám umožňuje predpovedať ešte neznáme javy a ich črty;

- ten istý prírodný objekt alebo proces možno opísať (vyšetrovať) na základe rôznych modelov;

- fyzikálne zákony a fyzikálne teórie majú určité hranice použiteľnosti;

* odhaliť vplyv vedeckých myšlienok a teórií na formovanie moderného svetonázoru; vymenovať významné črty moderného fyzického obrazu sveta; uviesť príklady fyzikálnych javov a procesov študovaných v teórii; ilustrovať úlohu fyziky pri vytváraní a (alebo) zlepšovaní najdôležitejších technologických objektov;

* vnímať, spracovávať a prezentovať edukačné informácie v rôznych formách (verbálna, obrazná, symbolická): prezentovať podstatu obsahu textu učebnice fyziky; zdôrazniť najdôležitejšie kategórie vedeckých informácií v texte učebnice (popis javu alebo skúsenosti; formulácia problému; predloženie hypotézy; modelovanie objektov a procesov; formulácia teoretického záveru a jeho interpretácia; experimentálne testovanie hypotéza alebo teoretická predpoveď); predkladať hypotézy na vysvetlenie prezentovaného systému vedeckých faktov; vyvodiť závery na základe experimentálnych údajov prezentovaných v tabuľke, grafe alebo diagrame.

Študenti musia byť zdatní:

• 
  Základné pojmy a zákony fyziky: dať do súladu študované pojmy s vlastnosťami (vlastnosťami) telies a procesov, aby sa charakterizovalo, ktoré pojmy boli zavedené do fyziky; opísať experimenty, ktoré mali významný vplyv na rozvoj fyziky; odhaliť význam skúmaných zákonov a princípov; opísať energetické premeny v procesoch;
• 
  Pojmy a myšlienky fyziky súvisiace s ľudským životom.

Blok - Základy teórie molekulovej kinetiky.

Pri štúdiu na úrovni A (základná úroveň štandardu, 2 hodiny/týždeň)

V učebnici Myakishev G.Ya., Bukhovtsev B.B. Téme je venovaných 8 odsekov: §56. Základné princípy teórie molekulovej kinetiky. Molekulové veľkosti. § 57. Hmotnosť molekúl. Množstvo hmoty. § 58. Brownov pohyb. § 59. Interakčné sily medzi molekulami. §60. Štruktúra plynných, kvapalných a pevných telies. §61. Ideálny plyn v teórii molekulovej kinetiky. §62. Priemerná hodnota druhej mocniny rýchlosti molekúl. §63. Základná rovnica molekulárnej kinetickej teórie plynov.

Na štúdium témy nie je vyčlenených viac ako 5 hodín.
DCM: oboznámiť študentov so základnými princípmi teórie molekulovej kinetiky.

Blok pozostáva zo štyroch modulov: M1 „Základné ustanovenia IKT. Molekulové veľkosti. Hmotnosť molekúl. Množstvo hmoty.

Brownov pohyb. Interakčné sily molekúl" (2 lekcie)

M2 „Štruktúra plynných, kvapalných a pevných telies. Ideálny plyn v MKT. Rýchlosť molekúl.

Základná rovnica plynov MKT" (2 lekcie)

M3 „Zovšeobecnenie a kontrola vedomostí k téme“ (1 lekcia)
Povinné minimum vedomostí/schopností/zručností.

Vedieť:

• 
  Deliteľnosť látky, odparovanie, sublimácia, rozpustnosť dokazujú, že telo pozostáva z častíc (všetky úrovne).
• 
  Stlačiteľnosť látok, difúzia, naznačuje, že medzi časticami látky sú medzery. (všetky úrovne)
• 
  Difúzia a Brownov pohyb dokazujú, že častice sa pohybujú. (všetky úrovne)
• 
  Závislosť rýchlosti vyparovania a difúzie od teploty naznačuje, že rýchlosť pohybu častíc závisí od teploty. (všetky úrovne)
• 
  Model ideálneho plynu, kryštalická mriežka tuhých látok, model štruktúry kvapaliny. (všetky úrovne)

• 
  Makroparametre: tlak, objem, teplota. (všetky úrovne)
• 
  Mikroparametre: stredná štvorcová rýchlosť, koncentrácia, hmotnosť jednej molekuly. (všetky úrovne)

Základné ustanovenia IKT: (pre všetky úrovne)

• 
  všetky telesá pozostávajú z molekúl s medzerami medzi nimi;
• 
  hmotnosť telies sa môže diskrétne meniť; molekuly sa neustále chaoticky pohybujú;

• 
  molekuly interagujú (priťahujú alebo odpudzujú v závislosti od vzdialenosti medzi časticami)

• 
  molárna hmotnosť látky;
• 
  relatívna molekulová hmotnosť;
• 
  množstvo hmoty;
• 
  počet molekúl látky v danom množstve látky;
• 
  priemerná hodnota druhej mocniny rýchlosti;
• 
  stredná druhá mocnina projekcie rýchlosti na súradnicových osiach;

• 
  základná rovnica molekulárnej kinetickej teórie plynov.

Určiť (vypočítať ): a) molekulové veľkosti, relatívna molekulová hmotnosť podľa vzorca M r = 1/ 12 m 0 C , molár

omša M = m 0 N A (všetky úrovne); množstvo látky podľa vzorca (všetky úrovne); číslo

molekuly látky podľa vzorca (všetky úrovne);

b) priemerná hodnota druhej mocniny rýchlosti podľa vzorca (všetky úrovne);

c) priemerná štvorec projekcie rýchlosti podľa vzorca (všetky úrovne);

d) tlak plynu na stene nádoby podľa vzorca (všetky úrovne);

e) tlak ideálneho plynu cez koncentráciu molekúl a priemernú kinetickú energiu translácie

pohyby (všetky úrovne)

Popíšte: Hnedá skúsenosť (všetky úrovne ); Perrenova skúsenosť (úroveň 2,3); Frenkelov príspevok (úroveň 3)

Zverejniť: podstata MKT,

Vysvetlite : príčina Brownovho pohybu, difúzia; (2,3 úrovne); podmienky pre vznik odpudivých a príťažlivých síl, charakter týchto síl (2. a 3. stupeň); štruktúra plynných telies, rýchlosť molekúl v plynných telesách, vlastnosti plynných telies (všetky úrovne); štruktúra kvapalín, rýchlosť molekúl, vlastnosti kvapalných látok (všetky úrovne); štruktúra tuhých látok, rýchlosť molekúl v tuhých látkach, vlastnosti tuhých látok (všetky úrovne);

Modulárny program

Modul M1. 1 úroveň obtiažnosti.

Modul M1. Úroveň obtiažnosti 2.

Základné princípy teórie molekulovej kinetiky. Rozmery a hmotnosť molekúl. Množstvo hmoty. Brownov pohyb. Interakčné sily medzi molekulami.

Vzdelávací film, televízia a videozáznam majú veľa spoločného. Tieto prostriedky umožňujú ukázať jav v dynamike, ktorý je v princípe pre statické tienidlo nedostupný. Túto vlastnosť kladú do popredia všetci výskumníci v oblasti technických učebných pomôcok.

Pohyb v kine nemožno zredukovať len na mechanický pohyb predmetov po plátne. V mnohých filmoch o umení a architektúre teda dynamika pozostáva z jednotlivých statických obrazov, keď sa nemení samotný predmet, ale poloha kamery, mierka, jeden obraz je prekrytý druhým, napríklad jeho fotografia je prekrytá na schéme úlohy . Využitím špecifických schopností kinematografie možno v mnohých filmoch vidieť, ako „ožívajú“ rukopisy, v ktorých sa spod neviditeľného (alebo viditeľného) pera objavujú riadky textu. Dynamika v kine je teda aj dynamikou poznania, myslenia a logických konštrukcií.

Veľký význam majú také vlastnosti týchto učebných pomôcok ako spomalenie a zrýchlenie plynutia času, zmena priestoru, premena neviditeľných predmetov na viditeľné. Špeciálny jazyk kinematografie, ktorým „hovoria“ nielen filmy nakrútené na film, ale aj správy vytvorené a prenášané prostredníctvom televízie alebo „zakonzervované“ vo videokazete, určuje situácie na vyučovacej hodine, kedy sa použitie kina (rozumej v širokom zmysle) sa ukazuje ako didakticky opodstatnená . Takže, N.M. Shakhmaev identifikuje 11 prípadov, pričom poukazuje na to, že toto nie je úplný zoznam.

1. Štúdium objektov a procesov pozorovaných pomocou optických a elektrónových mikroskopov, ktoré škola v súčasnosti nemá. Filmové materiály, natočené v špeciálnych laboratóriách a opatrené kvalifikovanými komentármi učiteľa alebo hlásateľa, majú v tomto prípade vedeckú spoľahlivosť a možno ich premietať celej triede.

2. Pri štúdiu v podstate neviditeľných objektov, ako sú napríklad elementárne častice a polia, ktoré ich obklopujú. Pomocou animácie môžete zobraziť model objektu a dokonca aj jeho štruktúru. Pedagogická hodnota takýchto modelových reprezentácií je obrovská, pretože v mysliach študentov vytvárajú určité obrazy predmetov a mechanizmov zložitých javov, čo uľahčuje pochopenie vzdelávacieho materiálu.

3. Pri štúdiu takých predmetov a javov, ktoré pre svoju špecifickosť nemôžu byť súčasne viditeľné pre všetkých žiakov v triede. Použitím špeciálnej optiky a výberom najvýhodnejších snímacích bodov možno tieto objekty odfotografovať zblízka, filmovo zvýrazniť a vysvetliť.

4. Pri štúdiu rýchlo alebo pomaly sa vyskytujúcich javov. Rýchlo alebo pomaly

filmovanie v kombinácii s normálnou rýchlosťou projekcie transformuje plynutie času a robí tieto procesy pozorovateľnými.

5. Pri štúdiu procesov prebiehajúcich na miestach neprístupných priamemu pozorovaniu (kráter sopky; podmorský svet riek, morí a oceánov; radiačné zóny; kozmické telesá atď.). Potrebnú vedeckú dokumentáciu, ktorá slúži ako učebná pomôcka, môže v tomto prípade učiteľovi poskytnúť iba kino a televízia.

6. Pri štúdiu objektov a javov pozorovaných v tých oblastiach spektra elektromagnetických vĺn, ktoré ľudské oko priamo nevníma (ultrafialové, infračervené a röntgenové lúče). Snímanie cez úzkopásmové filtre na špeciálne typy filmov, ako aj snímanie z fluorescenčných obrazoviek umožňuje premeniť neviditeľný obraz na viditeľný.

7. Pri vysvetľovaní takých zásadných experimentov, ktorých inscenovanie v podmienkach vzdelávacieho procesu je náročné z dôvodu zložitosti alebo ťažkopádnosti inštalácií, vysokej ceny zariadení, dĺžky trvania experimentu a pod. Natáčanie takýchto experimentov umožňuje nielen demonštrovať pokrok a výsledky, ale aj poskytnúť potrebné vysvetlenia. Je tiež dôležité, aby sa experimenty zobrazovali z najpriaznivejšieho bodu, z najpriaznivejšieho uhla, čo sa bez kina nedá dosiahnuť.

8. Pri vysvetľovaní stavby zložitých objektov (štruktúra vnútorných orgánov človeka, konštrukcia strojov a mechanizmov, štruktúra molekúl a pod.). V tomto prípade sa pomocou animácie postupným vypĺňaním a pretváraním obrázka dostanete od najjednoduchšieho diagramu ku konkrétnemu konštrukčnému riešeniu.

9. Pri štúdiu tvorivosti spisovateľov a básnikov. Kino umožňuje reprodukovať charakteristické črty doby, v ktorej umelec žil a tvoril, ale aj ukázať jeho tvorivú cestu, proces zrodu poetického obrazu, jeho spôsob práce, prepojenie tvorivosti s historickou dobou. .

10. Pri štúdiu historických udalostí. Filmy podľa kronikárskeho materiálu majú okrem vedeckého významu na študentov aj obrovský emocionálny vplyv, ktorý je mimoriadne dôležitý pre hlboké pochopenie historických udalostí. V špeciálnych hraných filmoch je vďaka špecifickým schopnostiam kinematografie možné znovu vytvoriť historické epizódy, ktoré siahajú do dávnej minulosti. Historicky presná reprodukcia predmetov hmotnej kultúry, postáv historických osobností, ekonomiky a každodenného života pomáha vytvárať u študentov skutočnú predstavu o udalostiach, o ktorých sa učia z učebníc a z príbehu učiteľa. História nadobúda hmatateľné formy a stáva sa živou, emocionálne nabitou skutočnosťou, ktorá sa stáva súčasťou intelektuálnej štruktúry myslenia študenta.

11. Riešiť rozsiahly komplex výchovných problémov.

Vymedzenie hraníc filmu, televízie a videozáznamu je spojené s nebezpečenstvom omylov. Chybu nezákonného rozširovania možností využitia týchto učebných pomôcok vo vzdelávacom procese možno ilustrovať slovami jednej z postáv filmu „Moskva slzám neverí“: „Čoskoro sa nič nestane. Všetko to bude televízia.“ Život ukázal, že knihy, divadlo a kino prežili. A čo je najdôležitejšie, je priamy informačný kontakt medzi učiteľom a žiakmi.

Na druhej strane môže nastať chyba v neprimeranom zúžení didaktických funkcií obrazovo-zvukových učebných pomôcok. K tomu dochádza, keď sa film alebo videofilm alebo televízny program považuje len za typ vizuálnej pomôcky, ktorá má schopnosť dynamicky prezentovať študovaný materiál. Toto je určite pravda. Okrem toho je tu však ešte jeden aspekt: ​​v didaktických materiáloch prezentovaných študentom pomocou filmového projektora, videorekordéra a televízie sú špecifické učebné úlohy riešené nielen technológiou, ale aj vizuálnymi prostriedkami, ktoré sú vlastné konkrétnej forme umenie. Učebná pomôcka na obrazovke preto preberá jasne viditeľné znaky umeleckého diela, aj keď bola vytvorená pre vzdelávací predmet súvisiaci s prírodným a matematickým kolobehom.

Treba pamätať na to, že ani film, ani videozáznam, ani televízia nemôžu vytvárať dlhotrvajúce a trvalé motívy na vyučovanie, ani nemôžu nahradiť iné prostriedky vizualizácie. Experiment s vodíkom uskutočnený priamo v triede (výbuch detonačného plynu v kovovej plechovke) je mnohonásobne názornejší ako ten istý experiment predvádzaný na obrazovke.

Kontrolné otázky:

1. Kto ako prvý predviedol pohyblivé ručne kreslené obrázky na obrazovke mnohým divákom súčasne?

2. Ako bol navrhnutý kinetoskop T. Edisona?

4. Popíšte štruktúru čiernobieleho filmu.

5. Aké typy filmovania sa používajú vo filmovej produkcii?

6. Aké vlastnosti charakterizujú vzdelávacie filmy a videá?

7. Vymenujte požiadavky na vzdelávací film.

8. Na aké typy filmov možno rozdeliť?

9. Na čo sa plomba používa?

10. Aké druhy zvukových záznamov sa používajú pri výrobe filmov?

Darcyho zákon je platný, ak sú splnené nasledujúce podmienky:

a) porézne médium je jemnozrnné a kanáliky pórov sú dosť úzke;

b) rýchlosť filtrácie a tlakový gradient sú nízke;

c) zmeny rýchlosti filtrácie a tlakového gradientu sú malé.

So zvýšením rýchlosti pohybu tekutiny je Darcyho zákon porušený v dôsledku zvýšenia tlakových strát v dôsledku účinkov spojených so zotrvačnými silami: tvorba vírov, zóny prúdenia od povrchu častíc, hydraulický šok na častice atď. . Ide o tzv Horná hranica . Darcyho zákon môže byť porušený aj pri veľmi nízkych rýchlostiach filtrácie, keď sa tekutina začne pohybovať v dôsledku prejavu nenewtonských reologických vlastností tekutiny a jej interakcie s pevnou kostrou porézneho média. Toto spodná čiara.

Horná hranica. Kritériom pre hornú hranicu platnosti Darcyho zákona je zvyčajne porovnanie Reynoldsovho čísla Re=vojna/h s jeho kritickým významom Re cr, potom sa preruší lineárny vzťah medzi stratou tlaku a prietokom. Vo výraze pre číslo Re:

w- charakteristická rýchlosť prúdenia:

A- charakteristická geometrická veľkosť porézneho média;

r- hustota kvapaliny.

Existuje množstvo zobrazení Reynoldsových čísel získaných rôznymi autormi s tým či oným odôvodnením charakteristických parametrov. Tu sú niektoré z týchto závislostí, ktoré sa najčastejšie používajú v podzemnej hydromechanike:

a) Pavlovský

Kritické Reynoldsovo číslo Rec = 7,5-9.

b) Shchelkacheva

(1.31)

Kritické Reynoldsovo číslo Re c = 1-12.

c) Millionshchikova

(1.32)

Kritické Reynoldsovo číslo Rec = 0,022-0,29.

Rýchlosť filtrácie ty cr, v ktorom sa porušuje Darcyho zákon sa nazýva kritická rýchlosť filtrácie . Porušenie rýchlosti filtrácie neznamená prechod z laminárneho pohybu na turbulentný, ale je spôsobené tým, že zotrvačné sily vznikajúce v kvapaline v dôsledku kľukatosti kanálikov a zmien v priereze sa stávajú u>u kr porovnateľné s trecími silami.

Pri spracovaní experimentálnych údajov na určenie kritickej rýchlosti používajú bezrozmerný Darcyho parameter:

, (1.33)

predstavujúci pomer viskóznych trecích síl k tlakovej sile. V oblasti Darcyho zákona sa tento parameter rovná 1 a pri prekročení čísla klesá Re kritická hodnota.

Spodná čiara. Pri veľmi nízkych rýchlostiach, keď sa tlakový gradient zvyšuje (tlak sa mení s hĺbkou), rýchlosť filtrácie sa zvyšuje rýchlejšie ako podľa Darcyho zákona. Tento jav sa vysvetľuje skutočnosťou, že pri nízkych rýchlostiach sa silová interakcia medzi pevnou kostrou a kvapalinou stáva významnou v dôsledku vytvárania anomálnych, nenewtonských systémov atď. stabilné koloidné roztoky vo forme želatínových filmov, ktoré blokujú póry a pri určitom tlakovom gradiente kolabujú t n, nazývaný počiatočný a v závislosti od podielu ílového materiálu a hodnoty zvyškového nasýtenia vodou. Existuje mnoho reologických modelov nenewtonských tekutín, z ktorých najjednoduchší je model limitného gradientu

(1.34)

1.3.1.4. Filtračné zákony pre Re > Re cr

Presnosť údajov prieskumu vrtu a určenie parametrov tvorby závisí od presnosti použitého filtračného zákona. V tejto súvislosti je v oblasti porušovania Darcyho zákona potrebné zaviesť všeobecnejšie, nelineárne filtračné zákony. Tieto zákony sa delia na jedno a dvojdobé.

Poznanie kauzálnych vzťahov má veľký význam pre vedeckú predikciu, ovplyvňovanie procesov a ich zmenu správnym smerom. Nemenej dôležitý je problém vzťahu chaosu a poriadku. Je kľúčová pri vysvetľovaní mechanizmov samoorganizačných procesov. V ďalších kapitolách sa k tejto problematike budeme opakovane vracať. Pokúsme sa pochopiť, ako také základné kategórie koexistujú vo svete okolo nás, pričom sú v najrozmanitejších a najbizarnejších kombináciách kauzalita, nevyhnutnosť a nehoda.

Vzťah medzi kauzalitou a náhodou

Na jednej strane intuitívne chápeme, že všetky javy, s ktorými sa stretávame, majú svoje príčiny, ktoré však nie vždy pôsobia jednoznačne. Nevyhnutnosť je chápaná ako ešte vyššia úroveň rozhodnosti, to znamená, že určité príčiny za určitých podmienok musia spôsobiť určité následky. Na druhej strane, ako v bežnom živote, tak aj pri pokusoch objaviť nejaké zákonitosti, sme presvedčení o objektívnej existencii náhody. Ako možno tieto zdanlivo vzájomne sa vylučujúce procesy skombinovať? Kde je miesto náhody, ak predpokladáme, že všetko sa deje pod vplyvom určitých príčin? Hoci problém náhodnosti a pravdepodobnosti ešte nenašiel svoje filozofické riešenie, je zjednodušený pod náhodou budeme chápať vplyv veľkého množstva príčin vonkajších voči danému objektu. To znamená, že možno predpokladať, že keď hovoríme o definovaní nevyhnutnosti ako o absolútnom určení, musíme nemenej jasne pochopiť, že v praxi je najčastejšie nemožné pevne stanoviť všetky podmienky, za ktorých sa určité procesy vyskytujú. Tieto podmienky (dôvody) sú vonkajšie vo vzťahu k danému objektu, pretože je vždy súčasťou systému, ktorý ho zahŕňa, a to systému je súčasťou iného širšieho systému a podobne, to znamená, že existuje hierarchia systémov. Preto pre každú z systémov existuje nejaký vonkajší systému(životné prostredie), ktorého časť má vplyv na vnútorné (malé) systému nemožno predpovedať ani merať. Akékoľvek meranie si vyžaduje výdaj energie a pri pokuse o absolútne presné meranie všetkých príčin (dôsledkov) môžu byť tieto náklady také veľké, že o príčinách dostaneme kompletné informácie, ale produkcia entropie bude taká veľká, že už nebude možné vykonávať užitočnú prácu.

Problém s meraním

Problém merania a úrovne pozorovateľnosti systémov objektívne existuje a ovplyvňuje nielen úroveň poznania, ale do určitej miery aj stav systému. Navyše k tomu dochádza, a to aj v prípade termodynamických makrosystémov.

Problém merania teploty

Vzťah medzi teplotou a termodynamickou rovnováhou

Zastavme sa pri probléme merania teploty, obráťme sa k výborne napísanej (v zmysle pedagogickom) knihe akademika M.A. Leontovič. Začnime s definíciou pojmu teplota, ktorý zasa úzko súvisí s pojmom termodynamická rovnováha a ako poznamenal M.A. Leontovič, mimo tohto pojmu to nedáva zmysel. Venujme sa tejto problematike trochu podrobnejšie. Podľa definície, pri termodynamickej rovnováhe, všetko vnútorné možnosti systémy sú funkciami vonkajších parametrov a teploty, pri ktorej sa nachádza systému.

Funkcia vonkajších parametrov a systémovej energie. Výkyvy

Na druhej strane možno tvrdiť, že v termodynamickej rovnováhe sú všetky vnútorné možnosti systémy – funkcie vonkajších parametrov a energie systému. Zároveň vnútorné možnosti je funkciou súradníc a rýchlosti molekúl. Prirodzene vieme nejakým spôsobom odhadnúť alebo zmerať nie jednotlivé, ale ich priemerné hodnoty za dostatočne dlhé časové obdobie (za predpokladu, že je napríklad normálne Gaussovo rozloženie rýchlostí alebo molekulárnych energií). Tieto priemery považujeme za hodnoty vnútorných parametrov pri termodynamickej rovnováhe. Patria sem všetky uvedené tvrdenia a mimo termodynamickej rovnováhy strácajú význam, pretože zákony rozloženia energie molekúl, keď sa odchyľujú od termodynamickej rovnováhy, budú iné. Odchýlky od týchto priemerov spôsobené tepelným pohybom sa nazývajú fluktuácie. Teória týchto javov vo vzťahu k termodynamickej rovnováhe je daná štatistickou termodynamikou. V termodynamickej rovnováhe sú výkyvy malé a v súlade s Boltzmannovým princípom poriadku a zákonom veľkých čísel (pozri kapitolu 4 § 1) sú vzájomne kompenzované. Vo vysoko nerovnovážnych podmienkach (pozri kapitolu 4 § 4) sa situácia radikálne mení.

Rozloženie energie systému medzi jeho časti v rovnovážnom stave

Teraz sme sa priblížili k definícii pojmu teplota, ktorý je odvodený z niekoľkých ustanovení vyplývajúcich zo skúseností súvisiacich s distribúciou energie systému medzi jeho časti v rovnovážnom stave. Okrem definície stavu termodynamickej rovnováhy vytvorenej o niečo vyššie sa postulujú tieto vlastnosti: tranzitivita, jedinečnosť rozloženia energie medzi časťami systému a skutočnosť, že v termodynamickej rovnováhe sa energia častí systému zvyšuje s rast jeho celkovej energie.

Prechodnosť

Pod tranzitívnosťou rozumieme nasledovné. Povedzme, že máme systému, skladajúci sa z troch častí (1, 2 a 3), ktoré sú v niektorých štátoch a o tom sme presvedčení systému, pozostávajúci z časti 1 a 2, a systému, pozostávajúci z častí 2 a 3, každý jednotlivo v stavoch termodynamickej rovnováhy. Potom sa dá tvrdiť, že systému 1 – 3, bude tiež v stave termodynamickej rovnováhy. Predpokladá sa, že v každom z týchto prípadov nie sú žiadne adiabatické priečky medzi každou dvojicou častí (t.j. je zabezpečený prenos tepla).

Koncept teploty

Energia každej časti systému je vnútorným parametrom celého systému, preto, keď je energia každej časti v rovnováhe, sú funkciami vonkajších parametrov, vzťahujúcich sa na celý systém, a energie celého systému.

(1.1) Vyriešením týchto rovníc pre dostaneme

(1.2) Pre každý systém teda existuje určitá funkcia jeho vonkajších parametrov a jeho energie, ktorá pre všetkých systému, ktoré sú v rovnováhe, majú rovnaký význam, keď sú spojené.

Táto funkcia sa nazýva teplota. Určenie teplôt systémov 1 , 2 až , , a za predpokladu

(1.3) ešte raz zdôrazňujeme, že podmienky (1.1) a (1.2) sú redukované na požiadavku, aby boli teploty častí systému rovnaké.

Fyzikálny význam pojmu „teplota“

Táto definícia teploty nám zatiaľ umožňuje stanoviť iba rovnosť teplôt, ale ešte nám neumožňuje pripisovať fyzikálny význam, ktorej teplota je väčšia a ktorá nižšia. Na tento účel je potrebné doplniť definíciu teploty nasledovne.

Teplota telesa sa zvyšuje so zvyšovaním jeho energie za stálych vonkajších podmienok. To je ekvivalentné tvrdeniu, že keď teleso prijíma teplo pri konštantných vonkajších parametroch, jeho teplota sa zvyšuje.

Takéto spresnenie definície teploty je možné len vďaka tomu, že z experimentu vyplývajú nasledujúce vlastnosti rovnovážneho stavu fyzikálnych vlastností: systémov.

V rovnováhe je možné jedno úplne jednoznačné rozdelenie energie systému medzi jeho časti. Pri zvyšovaní celkovej energie systému (pri konštantných vonkajších parametroch) rastú energie jeho častí.

Z jedinečnosti rozloženia energie vyplýva, že rovnica typu dáva jednu konkrétnu hodnotu zodpovedajúcu danej hodnote (a danej , ), t.j. dáva jedno riešenie rovnice. Z toho vyplýva, že funkcia je monotónna funkcia. Rovnaký záver platí pre funkciu pre akýkoľvek systém. Zo súčasného nárastu energie častí systému teda vyplýva, že všetky funkcie , , atď. existujú buď monotónne rastúce alebo monotónne klesajúce funkcie, atď. To znamená, že vždy môžeme zvoliť teplotné funkcie tak, aby sa zvyšovala so zvyšujúcou sa .

Výber teplotnej stupnice a merača teploty

Po vyššie uvedenej definícii teploty prichádza otázka na výber teplotnej stupnice a telesa, ktoré možno použiť ako merač teploty (primárny snímač). Je potrebné zdôrazniť, že táto definícia teploty platí pri použití teplomera (napríklad ortuťového alebo plynového) a teplomerom môže byť akékoľvek teleso, ktoré je súčasťou systému, ktorého teplotu je potrebné merať. Teplomer si vymieňa teplo s týmto systémom, externým možnosti, ktoré určujú stav teplomera, musia byť upevnené. V tomto prípade sa hodnota akéhokoľvek vnútorného parametra súvisiaceho s teplomerom meria v rovnováhe celého systému pozostávajúceho z teplomera a prostredia, ktorého teplota sa má merať. Tento vnútorný parameter, berúc do úvahy definíciu uvedenú vyššie, je funkciou energie teplomera (a jeho vonkajších parametrov, ktoré sú pevné a ktorých nastavenia súvisia s kalibráciou teplomera). Každá nameraná hodnota vnútorného parametra teplomera teda zodpovedá určitej energii, a teda pri zohľadnení vzťahu (1.3) určitej teplote celého systému.

Prirodzene, každý teplomer má svoju vlastnú teplotnú stupnicu. Napríklad pre plynový expanzný teplomer je vonkajší parameter - objem snímača - pevný a meraným vnútorným parametrom je tlak. Opísaný princíp merania platí len pre teplomery, ktoré nevyužívajú nevratné procesy. Rovnaké prístroje na meranie teploty ako termočlánok a odporový teplomer sú založené na zložitejších metódach, ktoré súvisia (to je veľmi dôležité si uvedomiť) s výmenou tepla snímača s okolím (horúce a studené spoje termočlánku).

Tu máme názorný príklad, keď zavedenie meracieho zariadenia do objektu ( systému), zmeniť do tej či onej miery samotný objekt. Túžba po zvýšení presnosti merania zároveň vedie k zvýšeniu spotreby energie na meranie a k zvýšeniu entropie prostredia. Na tejto úrovni technologického rozvoja môže táto okolnosť v mnohých prípadoch slúžiť ako objektívna hranica medzi deterministickými a stochastickými metódami popisu. Ešte jasnejšie sa to ukazuje napríklad pri meraní prietoku metódou škrtenia. Rozpor spojený s túžbou po hlbšej úrovni poznania hmoty a existujúcich meracích metód sa čoraz zreteľnejšie prejavuje vo fyzike elementárnych častíc, kde, ako fyzici sami priznávajú, sa na prienik do mikrosveta používajú čoraz ťažkopádnejšie meracie prístroje. Napríklad na detekciu neutrína a niektorých ďalších elementárnych častíc sa do hlbokých jaskýň v horách umiestňujú obrovské „sudy“ naplnené špeciálnymi látkami s vysokou hustotou atď.

Hranice použiteľnosti pojmu teplota

Na záver diskusie o probléme merania sa vráťme k otázke hraníc použiteľnosti pojmu teplota, ktorá vyplýva z jeho definície uvedenej vyššie, ktorá zdôrazňovala, že energia systému je súčtom jeho častí. O určitej teplote častí systému (vrátane teplomera) teda môžeme hovoriť až vtedy, keď sa energia týchto častí sčítava aditívne. Celý záver vedúci k zavedeniu pojmu teplota sa týka termodynamickej rovnováhy. Pre systémov, blízko k rovnováhe, teplotu možno považovať len za približný pojem. Pre systémov v stavoch, ktoré sa veľmi líšia od rovnováhy, pojem teplota vo všeobecnosti stráca svoj význam.

Meranie teploty bezkontaktnými metódami

A na záver pár slov o meraní teploty pomocou bezkontaktných metód, akými sú pyrometre celkového žiarenia, infračervené pyrometre a farebné pyrometre. Na prvý pohľad sa zdá, že v tomto prípade je konečne možné prekonať hlavný paradox metodiky poznávania spojený s vplyvom meracieho prístroja na meraný objekt a nárastom entropie prostredia vplyvom merania. V skutočnosti dochádza len k miernemu posunu v úrovni poznania a úrovne entropie, ale základná formulácia problému zostáva.

Po prvé, pyrometre tohto typu vám umožňujú merať iba teplotu povrchu tela, alebo skôr ani teplotu, ale tepelný tok, vyžarované povrchom telies.

Po druhé, na zabezpečenie fungovania senzorov týchto zariadení je potrebný zdroj energie (a teraz aj pripojenie k počítaču) a samotné senzory sú pomerne zložité a energeticky náročné na výrobu.

Po tretie, ak si stanovíme úlohu odhadu pomocou podobných parametrov teplotného poľa vo vnútri tela, potom budeme potrebovať matematický Model s distribuovanými parametrami, spájajúcimi distribúciu teplôt po povrchu meranú týmito parametrami s priestorovým rozložením teplôt vo vnútri tela. Ale toto identifikovať Model a na overenie jeho vhodnosti budeme opäť potrebovať experiment súvisiaci s potrebou priameho merania teplôt vo vnútri telesa (napríklad vŕtanie ohriateho obrobku a lisovanie v termočlánkoch). V tomto prípade bude výsledok, ako vyplýva z pomerne striktnej formulácie pojmu teplota uvedenej vyššie, platný až vtedy, keď objekt dosiahne stacionárny stav. Vo všetkých ostatných prípadoch by sa mali získané odhady teplôt posudzovať s rôznymi stupňami aproximácie a mali by byť k dispozícii metódy na posúdenie stupňa aproximácie.

V prípade použitia bezkontaktných metód merania teploty sa teda v konečnom dôsledku dostávame k rovnakému problému, v lepšom prípade na nižšej úrovni entropie. U hutníckych a mnohých iných technologických objektov je úroveň ich pozorovateľnosti (transparentnosti) pomerne nízka.

Napríklad umiestnením veľkého množstva termočlánkov po celej ploche muriva vykurovacej pece získame dostatočné informácie o tepelných stratách, ale nedokážeme zohriať kov (obr. 1.6).

Ryža. 1.6 Strata energie pri meraní teploty

Odvod tepla cez termoelektródy termočlánkov môže byť taký veľký, že teplotný rozdiel a tepelný tok cez murivo môže prekročiť užitočné tepelný tok od pochodne po kov. Väčšina energie sa teda minie na ohrievanie prostredia, teda na zvyšovanie chaosu vo vesmíre.

Rovnako jasným príkladom toho istého plánu je meranie prietoku kvapaliny a plynu metódou poklesu tlaku na škrtiacom zariadení, keď túžba zvýšiť presnosť meraní vedie k potrebe zmenšiť prierez škrtiaceho zariadenia. V tomto prípade sa značná časť kinetickej energie určenej na užitočné využitie minie na trenie a turbulenciu (obr. 1.7).

Ryža. 1.7 Energetické straty pri meraní prietoku

Snahou o príliš presné merania prenášame značné množstvo energie do chaosu. Domnievame sa, že tieto príklady sú celkom presvedčivým dôkazom v prospech objektívnej povahy náhodnosti.

Objektívna a neobjektívna náhodnosť

Uznávajúc objektívnu povahu kauzality a nevyhnutnosti a zároveň objektívnu povahu náhody možno túto zrejme interpretovať ako výsledok kolízie (kombinácie) veľkého množstva nevyhnutných súvislostí, ktoré sú vonkajšiemu danému procesu.

Bez toho, aby sme zabúdali na relatívnu povahu náhodnosti, je veľmi dôležité rozlišovať medzi skutočne objektívnou náhodnosťou a „predpojatou náhodnosťou“, t. j. zapríčinenou nedostatkom vedomostí o skúmanom objekte alebo procese a relatívne ľahko odstrániteľná s úplne rozumnou investíciou čas a peniaze.

Aj keď nie je možné stanoviť jasnú hranicu medzi objektívnou a neobjektívnou náhodnosťou, takéto rozlišovanie je stále zásadne potrebné, najmä v súvislosti s prístupom „čiernej skrinky“ rozšíreným v posledných rokoch, v ktorom sa podľa W. Ashbyho namiesto toho skúmania každej jednotlivej príčiny v spojení s jej individuálnym následkom, čo je klasický prvok vedeckého poznania, miešajú všetky príčiny a všetky dôsledky do spoločnej masy a spájajú len dva výsledky. Pri tomto procese sa strácajú detaily tvorby párov príčina-následok.

Tento prístup je pri všetkej svojej zjavnej univerzálnosti obmedzený bez kombinácie s analýzou príčin a následkov.

Avšak vzhľadom na skutočnosť, že v súčasnosti bolo vyvinutých množstvo pravdepodobnostných metód založených na tomto prístupe, mnohí výskumníci ich uprednostňujú v nádeji, že dosiahnu svoj cieľ rýchlejšie ako sekvenčným, analytickým prístupom príčiny a následku.

Použitie čisto pravdepodobnostného prístupu bez dostatočného pochopenia získaných výsledkov s prihliadnutím na fyziku procesov a vnútorný obsah objektov vedie k tomu, že niektorí bádatelia chtiac-nechtiac zastávajú pozíciu absolutizujúcej náhodnosti, keďže v r. v tomto prípade sa všetky javy považujú za náhodné, dokonca aj tie, ktorých vzťahy príčina-následok sa dajú odhaliť s relatívne malou investíciou času a peňazí.

Objektívna povaha náhody sa určite odohráva v tom zmysle, že poznanie ide vždy od javu k podstate, od vonkajšej stránky veci k hlbokým pravidelným súvislostiam a podstata je nevyčerpateľná. Táto nevyčerpateľná podstata určuje mieru objektívnej náhodnosti, ktorá je samozrejme pre určité špecifické podmienky relatívna.

Náhodnosť je objektívna: úplné odhalenie vzťahov príčin a následkov je nemožné, už len preto, že na ich odhalenie sú potrebné informácie o príčinách, t. j. je potrebné meranie, a L. Brillouin spravidla tvrdí, že sa nemožno dopustiť chyby „nekonečne malé“, zostávajú vždy konečné, pretože spotreba energie na ich redukciu sa zvyšuje, sprevádzaná nárastom entropie.

V tomto ohľade treba objektívnu náhodnosť chápať len ako tú úroveň prelínania vzťahov príčin a následkov, ktorých odhalenie je pri danej úrovni vedomostí o vývoji procesov a technológií sprevádzané prehnanými nákladmi na energiu a stáva sa ekonomicky neúčelné.

Na úspešné zostavenie zmysluplných modelov je potrebná optimálna kombinácia makro- a mikroprístupov, teda funkčných metód a metód na odhaľovanie vnútorného obsahu.

Pri funkčnom prístupe sa abstrahuje od špecifického mechanizmu realizácie vnútorných kauzálnych vzťahov a uvažuje sa len o správaní systému, t.j. jeho reakciu na poruchy toho či onoho druhu.

Funkčný prístup a najmä jeho zjednodušená verzia, metóda „čiernej skrinky“, však nie je univerzálna a takmer vždy sa kombinuje s inými metódami.

Funkčný prístup možno považovať za prvú fázu procesu poznávania. Pri prvom zvažovaní systému sa zvyčajne používa makro prístup, potom sa prechádza na mikroúroveň, kde sa identifikujú „tehly“, z ktorých sú systémy postavené, prienik do vnútornej štruktúry, rozdelenie zložitého systému na jednoduchšie, elementárne. systémov, identifikáciu ich funkcií a interakcií medzi nimi a systémom vo všeobecnosti.

Funkčný prístup nevylučuje prístup príčiny a následku. Práve naopak, práve správnou kombináciou týchto metód sa dosiahne najväčší efekt.