АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ И ПУТИ УЛУЧШЕНИЯ ПРЕПОДАВАНИЯ ТЕМЫ «ЭНТРОПИЯ» В ТЕХНИЧЕСКОМ ВУЗЕ

Возрастающие требования к уровню подготовки инженеров, расширение числа необходимых компетенций, которыми должны обладать выпускники технических университетов, ставят задачи поиска новых подходов к преподаванию, обеспечивающих глубокие профессиональные знания, умения и навыки, и, одновременно, широкую эрудицию, уверенное понимание физической картины мира. В статье рассмотрена методика изучения темы «Энтропия» и связанного с ней второго закона термодинамики. И энтропия, и второй закон термодинамики рассматриваются как базовые, основополагающие понятия общего курса физики. В предложенной методике наряду с принципом «от простого к сложному» реализуется принцип «повторения» – многократного возвращения к понятию энтропии в разных частях курса общей физики: дополнительно к стандартному изучению энтропии в термодинамике, приведены примеры вычисления энтропии в электродинамике, ядерной и атомной физике, в физике твердого тела. Подробно анализируется статистический и термодинамический смысл энтропии, показана их взаимосвязь в рамках математических преобразований приемлемой для студентов первого курса сложности, рассмотрен пример работы с очень большими числами. Приводится сравнение энтропии и потенциальной энергии, отмечены их сходства и различия. В частности, обе эти физические величины определяют равновесное состояние системы экстремумом своих значений. Рассмотрен цикл Карно не только в координатах «давление – объем», но и в координатах «температура – энтропия», что позволяет получить коэффициент полезного действия цикла буквально «в одно действие». При этом не нужно прибегать к характеристикам конкретного рабочего тела тепловой машины, что отражает одно из важнейших открытий Карно, которое состоит в том, что коэффициент полезного действия идеальной тепловой машины не зависит от природы рабочего тела. В заключительных параграфах статьи, в которых рассматривается энтропия ферми-газа и RC-цепочки, подробно анализируется ряд физических аспектов, связанных с вычислением энтропии и ее изменением в необратимых релаксационных процессах, в том числе понятие энтропии как функции состояния. Предполагается, что статья будет полезна преподавателям и студентам технических университетов, поможет лучше усвоить понятие энтропии, которое является одним из наиболее сложных понятий при изучении физики на первых курсах университетов.

1. Астахов, А.В. Курс физики в 2-х томах. Том 1. Механика. Кинетическая теория материи / А.В. Астахов. – Москва : Наука, 1977. – 384 с. – Текст : непосредственный.

2. Волькенштейн, М.В. Энтропия и информация / М.В. Волькенштейн. – Москва : Наука, 1986. – 191 с. – Текст : непосредственный.

3. Гончар, И.И. Иерархия определений физических величин и основные положения молекулярно - кинетической теории / И.И. Гончар, М.В. Чушнякова. – Текст : непосредственный // АЭТЕРНА Взаимодействие науки и общества: проблемы и перспективы. – 2016. – № 2(34). – С. 91-94.

4. Гончар, И.И. Физические части речи: вопросы изучения законов физики / И.И. Гончар, С.Н. Крохин, М.В. Чушнякова, Н.А. Хмырова. – Текст : непосредственный // Омский научный вестник. Cер. Общество. История. Современность. – 2017. – № 1. – C. 52-57. – Текст : непосредственный.

5. Иродов, И.Е. Физика макросистем. Основные законы. / И.Е. Иродов. – Москва : БИНОМ, 2010. – 209 с. – Текст: непосредственный.

6. Ландау, Л.Д. Теоретическая физика. / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. – Москва, 1973-1987. Т. 5 : Статистическая физика. Ч.1. – 1976. – 583 с.

7. Савельев, И.В. Курс физики в 3 т. Т. 1. Механика. Молекулярная физика: учебное пособие для вузов / И.В. Савельев. – 6-е изд., стер. – Москва : Лань. – 2021. – Текст : непосредственный.

8. Aritomo, Y. Fission mechanism inferred from nuclear shape fluctuation by the Langevin equation / Y. Aritomo, A. Iwamoto, K. Nishio, M. Ohta. – Текст : непосредственный // Physical Review C. – 105. – 2022. – P. 034604(8) DOI: 10.1103/PhysRevC.105.034604

9. Aritomo, Y. Fission process of nuclei at low excitation energies with a Langevin approach / Y. Aritomo, S. Chiba. – Текст : непосредственный // Physical Review C. – 88. – 2013. – P. 044614(7) DOI: 10.1103/PhysRevC.88.044614

10. Eslamizadeh, H. Examination of different features of fission fragments of the excited compound nucleus 236Np produced in the p + 235U reaction at 10.3 ≤ Ep ≤ 30.0 MeV within a stochastic approach // H. Eslamizadeh. – Текст : непосредственный // Physical Review C. – 104. – 2021.– P. 034601(7) DOI: 10.1103/PhysRevC.104.034601