Что такое состояние системы. Системный подход в моделировании

Наименование параметра	Значение
Тема статьи:	Состояние системы
Рубрика (тематическая категория)	Образование

Определœение 1.6 Состоянием системы называют совокупность параметров, которые в каждый рассматриваемый момент времени отражают наиболее существенные с определœенной точки зрения стороны поведения системы, ее функционирования.

Определœение является весьма общим. В нем подчеркивается, что выбор характеристик состояния зависит от целœей исследования. В простейших случаях состояние может оцениваться одним параметром, способным принимать два значения (включено или выключено, 0 или 1). В более сложных исследованиях приходится учитывать множество параметров, способных принимать большое число значений.

Система, состояние которой изменяется во времени под воздействием определœенных причинно-следственных связей, принято называть динамической системой, в отличие от статической системы, состояние которой во времени не изменяется.

Желаемое состояние системы достигается или поддерживается соответствующими управляющими воздействиями.

Управление

В кибернетике управление воспринимается как процесс целœенаправленного изменения состояния системы. Иногда управлением называют процесс переработки воспринятой информации в сигналы, направляющие деятельность машин и организмов. А процессы восприятия информации, ее хранения, передачи и воспроизведения относят к области связи. Существует и более широкая трактовка понятия управления, включающая всœе элементы управленческой деятельности, объединœенные единством цели, общностью решаемых задач.

Определœение 1.7 Управлением принято называть информационный процесс подготовки и сопровождения целœенаправленного воздействия на объекты и процессы реального мира.

Такая трактовка охватывает всœе вопросы, которые приходится решать управляющему органу, от сбора информации, системного анализа, выработки решений, планирования мероприятий по реализации решений и до формирования управляющих сигналов и доведения их до исполнительных органов.

Состояние системы - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Состояние системы" 2017, 2018.

- Состояние системы

Понятие внешней среды Система существует среди других материальных объектов, которые не вошли в нее. Они объединяются понятием "внешняя среда" - объекты внешней среды. Внешняя среда- это набор существующих в пространстве и во време­ни объектов (систем), которые,... .[читать подробнее] .

Теория систем и системный анализ Тема 6. Состояние и функционирование систем Карасев Е. М. , 2014

План лекции 1. 2. 3. 4. 5. Состояние системы Статические и динамические свойства динамических систем Пространство состояний Устойчивость динамических систем Выводы Карасев Е. М. , 2014

1. Состояние системы Система создается для того, чтобы получить желаемые значения (состояния) ее целевых выходов. Состояние выходов системы зависит от: o значений(состояния) входных переменных; o начального состояния системы; o функции системы. Одна из основных задач системного анализа: установление причинно-следственных связей выходов системы с ее входами и состоянием. Карасев Е. М. , 2014

1. Состояние системы. Оценка состояния Состояние системы в определенный момент времени это множество ее существенных свойств в этот момент времени. При описании состояния системы нужно говорить о: o состоянии входов; o внутреннем состоянии; o состоянии выходов системы. Карасев Е. М. , 2014

1. Состояние системы. Оценка состояния Состояние входов системы представляется вектором значений входных параметров: X=(x 1, x 2, …, xn) и фактически является отражением состояния окружающей среды. Внутреннее состояние системы представляется вектором значений ее внутренних параметров (параметров состояния): Z=(z 1, z 2, …, zv) и зависит от состояния входов X и начального состояния системы Z 0: Z = F (Z 0, X). Карасев Е. М. , 2014

1. Состояние системы. Оценка состояния Внутреннее состояние практически ненаблюдаемо, но его можно оценивать по состоянию выходов (значениям выходных переменных) системы Y = (y 1, y 2, …, ym) благодаря зависимости Y = F 2(Z). При этом следует говорить о выходных переменных в широком смысле: в качестве координат, отражающих состояние системы, могут выступать не только сами выходные переменные, но и характеристики их изменения: скорость, ускорение и т. д. Карасев Е. М. , 2014

1. Состояние системы. Оценка состояния Таким образом, внутреннее состояние системы S в момент времени t может характеризоваться множеством значений ее выходных координат и их производных в этот момент времени: St={Yt, Y’’t, …}. Однако необходимо заметить, что выходные переменные не полностью, неоднозначно и несвоевременно отражают состояние системы. Карасев Е. М. , 2014

1. Состояние системы. Процесс Если система способна переходить из одного состояния в другое (например, S 1 ->S 2 ->S 3>…), то говорят, что она обладает поведением и в ней происходит процесс. Процесс – это последовательная смена состояний. В случае непрерывной смены состояний имеем: P=S(t), а в дискретном случае: P={St 1, St 2, …, }. Карасев Е. М. , 2014

1. Состояние системы. Процесс По отношению к системе можно рассматривать два вида процессов: o o внешний процесс – последовательная смена воздействий на систему, т. е. последовательная смена состояний окружающей среды; внутренний процесс – последовательная смена состояний системы, которая наблюдается как процесс на выходе системы. Карасев Е. М. , 2014

1. Состояние системы. Статические и динамические системы Статическая система – это система, состояние которой практически не изменяется в течении определенного периода ее существования. Динамическая система – это система, изменяющая свое состояние во времени. Уточняющее определение: система, переход которой из одного состояния в другое совершается не мгновенно, а в результате некоторого процесса, называется динамической. Карасев Е. М. , 2014

1. Состояние системы. Функция системы Свойства системы проявляются не только значениями выходных переменных, но и ее функцией, поэтому определение функций системы является одной из основных задач ее анализа и проектирования. Понятие функции имеет разные определения: от общефилософских до математических. Карасев Е. М. , 2014

1. Состояние системы. Функция системы Общефилософское понятие. Функция – внешнее проявления свойств объекта. Система может быть одно- и многофункциональной. В зависимости от степени воздействия на внешнюю среду и характера взаимодействия с другими системами, функции можно распределить по возрастающим рангам: 1. пассивное существование, материал для других систем; 2. обслуживание системы более высокого порядка; 3. противостояние другим системам, среде; 4. поглощение (экспансия) других систем и среды; 5. преобразование других систем и среды. Карасев Е. М. , 2014

1. Состояние системы. Функция системы Математическое понятие. Элемент множества Ey произвольной природы называется функцией элемента x, определенной на множестве Ex произвольной природы, если каждому элементу x из множества Ex соответствует единственный элемент y из Ey. Карасев Е. М. , 2014

1. Состояние системы. Функция системы Кибернетическое понятие. Функция системы это способ (правило, алгоритм) преобразования входной информации в выходную. Функцию динамической системы можно представить логико-математической моделью, связывающей входные (X) и выходные (Y) координаты системы, моделью «вход-выход»: Y=F(X), где F – оператор, называемый алгоритмом функционирования. Карасев Е. М. , 2014

1. Состояние системы. Функция системы В кибернетике широко используется понятие «черный ящик» - кибернетическая модель, в которой не рассматривается внутренняя структура объекта (либо о ней ничего не известно). В этом случае о свойствах объекта судят только на основании анализа его входов и выходов. Иногда применяется понятие «серый ящик» , когда о внутренней структуре объекта все же что либо известно. Задачей системного анализа как раз и является «осветление» ящика – превращение черного в серый, а серого – в белый. Карасев Е. М. , 2014

1. Состояние системы. Функционирование системы Функционирование рассматривается как процесс реализации системой своих функций. С кибернетической точки зрения: Функционирование системы – это процесс переработки входной информации в выходную. Математически функционирование системы можно записать так: Y(t) = F(X(t)), т. е. функционирование системы описывает, как меняется состояние системы при изменении состояния ее входов. Карасев Е. М. , 2014

1. Состояние системы. Состояние функции системы Функция системы является ее свойством, поэтому можно говорить о состоянии системы в заданный момент времени, указывая ее функцию, которая справедлива в этот момент времени. Таким образом, состояние системы можно рассматривать в двух разрезах: o состояние ее параметров и o состояние ее функции, которая в свою очередь зависит от состояния структуры и параметров: St={At, Ft} ={At, {Stt, At}} Карасев Е. М. , 2014

1. Состояние системы. Состояние функции системы Систему называют стационарной, если ее функция практически не изменяется в течение определенного периода ее существования. Для стационарной системы реакция на одно и то же воздействие не зависит от момента приложения этого воздействия. Систему считают нестационарной, если ее функция изменяется со временем. Нестационарность системы проявляется различными ее реакциями на одни и те же возмущения, приложенные в разные периоды времени. Причины нестационарности системы лежат внутри нее и заключаются в изменении функции системы: структуры (St) и/или параметров (А). Карасев Е. М. , 2014

1. Состояние системы. Состояние функции системы Стационарность системы в узком смысле: Стационарной называют систему, все внутренние параметры которой не изменяются во времени. Нестационарная система – это система с переменными внутренними параметрами. Карасев Е. М. , 2014

1. Состояние системы. Режимы динамической системы Равновесный режим (равновесное состояние, состояние равновесия) – это такое состояние динамической системы, в котором она может находиться сколь угодно долго в отсутствии внешних возмущающих воздействий или при постоянных воздействиях. Замечание: для экономических и организационных систем понятие» равновесие» применимо достаточно условно. Карасев Е. М. , 2014

1. Состояние системы. Режимы динамической системы Под переходным режимом (процессом) понимается процесс движения динамической системы из некоторого начального состояния к какому-либо ее установившемуся режиму – равновесному или периодическому. Периодическим режимом называется такой режим, когда система через равные промежутки времени приходит в одни и те же состояния. Карасев Е. М. , 2014

2. Статические и динамические свойства динамических систем По признаку учета зависимости объекта моделирования от времени различают статические и динамические характеристики систем, отражаемые в соответствующих моделях. Статические модели (модели статики) отражают функцию системы – конкретное состояние реальной или проектируемой системы или соотношение ее параметров, которые со временем не меняются. Карасев Е. М. , 2014

2. Статические и динамические свойства динамических систем Динамические модели (модели динамики) отражают функционирование системы – процесс изменения состояний реальной или проектируемой системы. Они показывают различия между состояниями, последовательность смены состояний и развитие событий с течением времени. Основное отличие статических и динамических моделей заключается в учете времени: в статике его как бы не существует, а в динамике – это основной элемент. Карасев Е. М. , 2014

2. 1 Статические характеристики систем В узком смысле к статической характеристике системы можно отнести ее структуру. Однако чаще интересуют свойства системы по преобразованию входов в выходы в установившемся режиме, когда отсутствуют изменения как входных, так и выходных переменных. такие свойства определяются как статические характеристики. Статическая характеристика – это зависимость между входной и выходной величинами в установившемся режиме. Статическая характеристика может быть представлена математической или графической моделью. Карасев Е. М. , 2014

2. 2 Динамические характеристики систем Динамическая характеристика – это реакция системы на возмущение (зависимость изменения выходных переменных от входных и от времени). Динамическая характеристика может быть представлена: o математической моделью в виде дифференциального уравнения (или системы уравнений) вида: Карасев Е. М. , 2014

2. Динамические характеристики систем математической моделью в виде решения дифференциального уравнения: графической моделью, состоящей из двух графиков: графика изменения возмущения во времени и графика реакции объекта на это возмущение – графической зависимости изменения выхода во времени. Карасев Е. М. , 2014

2. 3 Элементарные динамические звенья Для облегчения задачи исследования сложной динамической системы ее разбивают на отдельные элементы и для каждого из них составляют дифференциальные уравнения. Для отображения динамических свойств элементов системы независимо от их физической природы используют понятие динамического звена. Динамическое звено – это часть системы или элемента, описываемая определенным дифференциальным уравнением. Динамическим звеном можно представить элемент, совокупность элементов, автоматическую систему в целом. Карасев Е. М. , 2014

2. 3 Элементарные динамические звенья Любую динамическую систему можно условно разложить на динамические атомы – элементарные динамические звенья. Упрощенно элементарным динамическим звеном можно считать звено с одним входом и одним выходом. Элементарное звено должно быть звеном направленного действия: звено передает воздействие только в одном направлении – с входа на выход, так что изменение состояние звена не влияет на состояние предшествующего звена, работающего на вход. Поэтому при разбиении системы на звенья направленного действия математическое описание каждого звена может быть составлено без учета связей его с другими звеньями. Карасев Е. М. , 2014

2. 3 Элементарные динамические звенья Все звенья различают по виду уравнений, определяющих характеристики переходных процессов, возникающих в них при одинаковых исходных условиях и одинаковом виде возмущения. Для оценивания поведения элементарного звена обычно на его вход подают тестовые сигналы определенной формы. Наиболее часто используют следующие виды возмущающих сигналов: o o o ступенчатое воздействие; импульсное воздействие; периодический сигнал. Карасев Е. М. , 2014

2. 3 Элементарные динамические звенья Ступенчатое воздействие: Частным случаем ступенчатого воздействия является единичное воздействие, которое описывается так называемой единичной функцией x(t) = 1(t): Карасев Е. М. , 2014

2. 3 Элементарные динамические звенья Импульсное воздействие (единичный импульс или дельтафункция) x(t) = δ(t): Следует заметить, что: Периодический сигнал: либо в виде синусоиды, либо в виде прямоугольной волны. Карасев Е. М. , 2014

2. 4 Виды типовых звеньев и их переходные функции Воздействие на вход системы вызывает изменение ее выхода y(t) – переходный процесс, именуемый переходной функцией. Переходная (временная) функция – это реакция выходной переменной звена на изменение входа. В дальнейшем будем рассматривать типовые звенья при единичном ступенчатом возмущении. Карасев Е. М. , 2014

2. 4 Виды типовых звеньев и их переходные функции Безынерционное звено (усилительное, безъемкостное, масштабирующее или пропорциональное) описывается уравнением: где k – коэффициент пропорциональности или усиления. Карасев Е. М. , 2014

2. 4 Виды типовых звеньев и их переходные функции Инерционное звено (аперидическое, емкостное, релаксационное) описывается дифференциальным уравнением: Его переходный процесс описывается уравнением: где T – постоянная времени. Карасев Е. М. , 2014

2. 4 Виды типовых звеньев и их переходные функции Идеальное (безынерционное) дифференцирующее звено описывается дифференциальным уравнением: Во всех точках, кроме нулевой, значение y равно нулю; в нулевой точке y за бесконечно малое время успевает увеличиться до бесконечности и вернуться в ноль. Карасев Е. М. , 2014

2. 4 Виды типовых звеньев и их переходные функции Реальное дифференцирующее звено описывается дифференциальным уравнением, в котором, в отличии от идеального звена, дополнительно появляется инерционный член: При возмущении звена единичным ступенчатым воздействием переходный процесс в звене описывается уравнением: Карасев Е. М. , 2014

2. 4 Виды типовых звеньев и их переходные функции Реальное дифференцирующее звено не является элементарным – его можно заменить соединением двух звеньев: идеального дифференцирующего и инерционного: Карасев Е. М. , 2014

2. 4 Виды типовых звеньев и их переходные функции Интегрирующее звено (астатическое, нейтральное) описывается дифференциальным уравнением: Переходный процесс в звене описывается решением этого уравнения: Карасев Е. М. , 2014

2. 4 Виды типовых звеньев и их переходные функции Колебательное звено в общем виде описывается следующим уравнением: Колебательное звено получается при наличии в нем двух емкостных элементов, способных запасать энергию двух видов и взаимно обмениваться этими запасами. Если в процессе колебаний запас энергии, полученной звеном в начале возмущения, уменьшается, то колебания затухают. При этом: Карасев Е. М. , 2014

2. 4 Виды типовых звеньев и их переходные функции Колебательное звено в общем виде описывается следующим уравнением: Если же то вместо колебательного звена получается апериодическое звено второго порядка. Карасев Е. М. , 2014

2. 4 Виды типовых звеньев и их переходные функции Колебательное звено в общем виде описывается следующим уравнением: При получаем консервативное звено с незатухающими колебаниями. Карасев Е. М. , 2014

2. 4 Виды типовых звеньев и их переходные функции Звено чистого (транспортного) запаздывания повторяет по форме входной сигнал, но с запаздыванием по времени: где τ – время запаздывания. Карасев Е. М. , 2014

3. Пространство состояний Поскольку свойства системы выражаются значениями ее выходов, то состояние системы можно определить как вектор значений выходных переменных Y = (y 1, …, ym). Поэтому поведение системы (ее процесс) можно отобразить в виде графика в m-мерной системе координат. Множество возможных состояний системы Y рассматривают как пространство состояний (или фазовое пространство) системы, а координаты этого пространства называют фазовыми координатами. Карасев Е. М. , 2014

3. Пространство состояний Точка, соответствующая текущему состоянию системы, называется фазовой, или изображающей, точкой. Фазовая траектория – это кривая, которую описывает фазовая точка при изменении состояния невозмущенной системы (при неизменных внешних воздействиях). Совокупность фазовых траекторий, соответствующих всевозможным начальным условиям, называется фазовым портретом. Карасев Е. М. , 2014

3. Пространство состояний Фазовой плоскостью – называется координатная плоскость, в которой по осям координат откладываются какие-либо две переменные (фазовые координаты), однозначно определяющие состояние системы. Неподвижными (особыми или стационарными) называются точки, положение которых на фазовом портрете с течением времени не изменяется. Особые точки отражают положения равновесия. Карасев Е. М. , 2014

3. Пространство состояний Будем считать, что на оси абсцисс фазовой плоскости откладываются значения выходной координаты, а на оси ординат – скорость ее изменения. Карасев Е. М. , 2014

3. Пространство состояний Для фазовых траекторий невозмущенной системы справедливы следующие свойства: o через одну точку фазовой плоскости проходит только одна траектория; o в верхней полуплоскости изображающая точка движется слева направо, в нижней – наоборот; o на оси абсцисс производная dy 2/dy 1=∞ всюду за исключением точек равновесия, поэтому фазовые траектории пересекают ось абсцисс (в неособых точках) под прямым углом. Карасев Е. М. , 2014

4. Устойчивость динамических систем Под устойчивостью понимается свойство системы возвращаться к равновесному состоянию или циклическому режиму после устранения возмущения, вызвавшего нарушение последних. Состояние устойчивости (устойчивое состояние) – это такое равновесное состояние системы, в которое она возвращается после снятия возмущающих воздействий. Карасев Е. М. , 2014

4. Устойчивость динамических систем Александр Михайлович Ляпунов: Неподвижная точка системы а называется устойчивой (или аттрактором), если для любой окрестности N точки а существует некоторая меньшая окрестность этой точки N’ такая, что любая траектория, проходящая через N’, остается в N при возрастании t. Карасев Е. М. , 2014

4. Устойчивость динамических систем Аттрактор – (от латинского attraho – притягиваю к себе) – область устойчивости, куда стремятся траектории в фазовом пространстве. Неподвижная точка системы а называется асимптотически устойчивой, если она устойчива и, кроме того, существует такая окрестность N этой точки, где любая траектория, проходящая через N, стремится к а при t стремящемся к бесконечности. Карасев Е. М. , 2014

4. Устойчивость динамических систем Неподвижная точка системы, которая устойчива, но не асимптотически устойчива, называется нейтрально устойчивой. Неподвижная точка системы, которая не является устойчивой, называется неустойчивой (или репеллером). Репеллер (от латинского repello – отталкиваю, отгоняю) область в фазовом пространстве, где траектории, даже начинающиеся очень близко от особой точки, отталкиваются от нее. Карасев Е. М. , 2014

Определение термодинамической системы

Термодинамической системой называют совокупность макрообъектов (тел, полей), которые обмениваются энергией друг с другом и внешними (по отношению к системе) объектами. Такую систему называют замкнутой (изолированной), если у нее нет ни какого обмена энергией с внешними телами. Если нет обмена только теплотой, то система адиабатический изолирована. Систему называют закрытой, если нет массообмена у нее с внешней средой.

Определение термодинамических параметров

Величины, которые характеризуют состояние термодинамической системы, называют термодинамическими параметрами. Два состояния системы считают разными, если у этих состояний отличается хотя бы один из параметров. Состояние системы называют стационарным, если параметры системы не изменяются во времени. Стационарное состояние системы равновесно, если система находится в стационарном состоянии не благодаря какому-либо внешнему процессу.

Термодинамические параметры имеют связи между собой. Поэтому для однозначного определения состояния термодинамической системы достаточно ограниченного числа термодинамических параметров. Основными параметрами состояния термодинамической системы являются: давление, температура, удельный объем ($V_u$) (или молярный${(\ V}_{\mu })$).

Определение давления

Давлением $(p)\ $называют физическую величину, равную:

где $F_n$ -- проекция силы на нормаль к участку тела $\triangle S$, $\triangle S\ $- площадь тела. Единица измерения давления в системе СИ паскаль -- $\frac{H}{м^2}$=Па.

Определение удельного объема

Удельным объемом $V_u$ называют величину, обратную плотности $\rho:\ $

Для однородного тела удельный объем:

где m -- масса тела.

Молярный объем $V_{\mu }$ равен:

Определение температуры

Температурой (t, или T) называют физическую величину, характеризующую степень нагретости тела. Различают несколько видов температуры (в зависимости от используемой шкалы измерения). В состоянии термодинамического равновесия все тела системы (все части системы) имеют равные температуры.

В соответствии с правилом Гиббса состояние однородной (в физическом смысле) термодинамической системы полностью определяется двумя параметрами. Уравнение, которое связывает параметры термодинамической системы, называют уравнением состояния. Так, например, можно записать уравнение для внутренней энергии (в общем виде):

такое уравнение состояния называют калористическим. В этом уравнении ${(x}_1,\ x_2,\dots ,\ x_n)-\ $внешние параметры системы, В термодинамике уравнения состояния принимаются известными и не выводятся.

Макроскопические термодинамические параметры, описывающие систему целиком, имеют смысл средних значений (за большой промежуток времени) каких-то функций, характеризующих динамическое состояние системы.

Кроме параметров термодинамические системы описывают с помощью функций состояния (иногда об этих физических величинах говорят как о параметрах состояния термодинамической системы).

Определение функций состояния

Функции состояния -- это такие физические величины, изменение которых не зависит от вида (пути) перехода системы из состояния 1 в состояние 2.

Важнейшими функциями состояния в термодинамике являются: внутренняя энергия (U), энтальпия (H), энтропия (S).

Внутренняя энергия -- функция состояния системы, определена, как:

где $W$- полная энергия системы, $E_k$- кинетическая энергия макроскопического движения системы, $E^{vnesh}_p$- потенциальная энергия системы, которая является результатом, действия на систему внешних сил.

Внутренняя энергия идеального газа часто выражается следующим образом:

где i -- число степеней свободы молекулы, $\nu $ -- количество молей вещества, R -- газовая постоянная.

Энтальпия (теплосодержание) -- функция состояния системы, определяется как:

Энтальпия идеального газа зависит только от T и пропорциональна m:

где $C_p$ -- теплоемкость газа при изобарном процессе, $H_0=U_0$ -- энтальпия при $T=0K$.

Энтропия -- функция состояния системы. Дифференциал энтропии в обратимом процессе :

Термодинамические параметры можно разделить на экстенсивные, зависящие от массы системы (например, U, S, H) и интенсивные, соответственно, от массы не зависящие (например, T, $\rho \ $).

Пример 1

Задание: Найти изменение внутренней энергии идеального газа в процессе при постоянном давлении (p), если объем газа изменяется от$V_1\ до\ $ $V_2.$ Газ двухатомный (колебательные степени свободы не учитывать).

Бесконечно малое приращение внутренней энергии идеального газа задано формулой:

Из уравнения Менделеева-Клайперона выразим температуру (T), помним, что давление постоянно:

Подставим (1.2) в (1.1), получим:

Найдем изменение внутренней энергии газа:

\[\triangle U=\frac{i}{2}p\ \int\limits^{V_2}_{V_1}{dV=\frac{i}{2}p\left(V_2-V_1\right)}\ \left(1.3\right),\]

где i =5 по условию задачи, так как газ двухатомный.

Ответ: Изменение внутренней энергии газа в заданном процессе: $\triangle U=\frac{i}{2}p\left(V_2-V_1\right).$

Пример 2

Задание: Азот массы 1 кг нагрели на 100 К при постоянном объеме. Найти количество теплоты, полученное газом в заданном процессе. Работу газа, изменение внутренней энергии.

Сразу дадим ответ относительно работы газа. Так как процесс изохорный (изменения объема нет), то работа газа равна нулю.

Изменение внутренней энергии газа можно записать как:

\[\triangle U=\frac{i}{2}\nu R\triangle T\left(2.1\right),\]

\[\nu =\frac{m}{\mu }\left(2.2\right),\]

молярная масса азота находится с помощью таблицы Менделеева, она равна:

\[{\mu }_{N_2}=28\cdot {10}^{-3}\frac{кг}{моль}\]

Все данные в задаче в системе СИ, молекула азота состоит из двух атомов, число степеней свободы равно 5, поэтому проведем расчет:

\[\triangle U=\frac{i}{2}\frac{m}{\mu }R\triangle T=\frac{5}{2}\cdot \frac{1}{28\cdot {10}^{-3}}\cdot 8,31\cdot 100=7,42\cdot {10}^4\left(Дж\right).\]

По первому началу термодинамики для изохорного процесса получаем:

\[\triangle Q=\triangle U\left(2.3\right).\]

Можем записать ответ.

Ответ: Изменение внутренней энергии в изохорном процессе при заданных условиях равно $7,42\cdot {10}^4$Дж, работа газа равна нулю, количество теплоты подводимое к газ равно $7,42\cdot {10}^4$Дж.

Описание состояния объекта и описание изменения состояния объекта с помощью статических и динамических информационных моделей. Привести примеры из различных предметных областей.

Система состоит из объектов, которые называются элементами системы. Между элементами системы существуют различные связи и отношения. Например, компьютер является системой, состоящей из различных устройств, при этом устройства связаны между собой и аппаратно (физически подключены друг к другу) и функционально (между устройствами происходит обмен информацией).

Важным признаком системы является ее целостное функционирование. Компьютер нормально работает до тех пор, пока в его состав входят и являются исправными основные устройства (процессор, память, системная плата и т. д.). Если удалить одно из них, например процессор, компьютер выйдет из строя, т. е. прекратит свое существование как система.

Любая система находится в пространстве и времени. Состояние системы в каждый момент времени характеризуется ее структурой, т. е. составом, свойствами элементов, их отношениями и связями между собой. Так, структура Солнечной системы характеризуется составом входящих в нее объектов (Солнце, планеты и пр.), их свойствами (скажем, размерами) и взаимодействием (силами тяготения).

Модели, описывающие состояние системы в определенный момент времени, называются статическими информационными моделями.

В физике, например, статические информационные модели описывают простые механизмы, в биологии - классификацию животного мира, в химии - строение молекул и т. д.

Состояние систем изменяется во времени, т. е. происходят процессы изменения и развития систем. Так, планеты движутся, меняется их положение относительно Солнца и друг друга; Солнце, как и любая другая звезда, развивается, меняется его химический состав, излучение и т. д.

Модели, описывающие процессы изменения и развития систем, называются динамическими информационными моделями.

В физике динамические информационные модели описывают движение тел, в биологии - развитие организмов или популяций животных, в химии - процессы прохождения химических реакций и т. д.

Массивы и алгоритмы их обработки.

После объявления массива для его хранения отводится определенное место в памяти. Однако, чтобы начать работу с массивом, необходимо его предварительно заполнить, т. е. присвоить элементам массива определенные значения. Заполнение массива производится различными способами.

Первый способ состоит в том, что значения элементов массива вводятся пользователем с помощью функции ввода InputBox. Например, заполнить строковый массив stг А (I) буквами русского алфавита можно с помощью следующей программы (событийной процедуры) на языке Visual Basic:

После запуска программы на выполнение и щелчка по кнопке Commandl следует помещать на последовательно появляющихся панелях ввода в текстовом поле буквы алфавита.

Второй способ заполнения массива заключается в применении оператора присваивания. Заполним числовой массив bytA (I) целыми случайными числами в интервале от 1 до 100, используя функцию случайных чисел Rnd и функцию выделения целой части числа Int в цикле со счетчиком:

Составим программу поиска индекса элемента массива, значение которого совпадает с заданным. Возьмем символьный массив, содержащий алфавит, и определим номер заданной буквы по порядку алфавита. В первом цикле программы произведем заполнение строкового массива буквами русского алфавита.Затем введем искомую букву и во втором цикле сравним ее со всеми элементами массива. В случае сов- падения присвоим переменной N значение индекса, данного элемента. Выведем результат на печать.

Задача на перевод числа, записанного в десятичной систе­ме счисления, в двоичную систему, восьмеричную и шестнадцатеричную системы.

Перевести десятичное число 20 в двоичную систему. Указание. Воспользуйтесь алгоритмом перевода, основанным на делении десятичного числа на осно

Билет № 14

1.Алгоритм. Свойства алгоритма. Возможность автоматиза­ции

деятельности человека. Показать на примере.

Алгоритм - это информационная модель, описывающая процесс преобразования объекта из начального состояния в конечное в форме последовательности понятных исполнителю команд.

Рассмотрим информационную модель, описывающую процесс редактирования текста.

Во-первых, должны быть определены начальное состояние объекта и его конечное состояние (цель преобразования). Следовательно, для текста требуется задать начальную последовательность символов и конечную последовательность, которую надо получить после редактирования.

Во-вторых, чтобы изменить состояние объекта (значения его свойств), следует произвести над ним определенные действия (операции). Выполняет эти операции исполнитель. Исполнителем редактирования текста может быть человек, компьютер и др.

В-третьих, процесс преобразования текста нужно разбить на отдельные операции, записанные в виде отдельных команд исполнителю. Каждый исполнитель обладает определенным набором, системой команд, понятных исполнителю. В процессе редактирования текста возможны различные операции: удаление, копирование, перемещение или замена его фрагментов. Исполнитель редактирования текста должен быть в состоянии выполнить эти операции.

Разделение информационного процесса в алгоритме на отдельные команды является важным свойством алгоритма и называется дискретностью.

Чтобы исполнитель мог выполнить преобразование объекта согласно алгоритму, он должен быть в состоянии понять и выполнить каждую команду. Это свойство алгоритма называется определенностью (или точностью). Необходимо, чтобы алгоритм обеспечивал преобразование объекта из начального состояния в конечное за конечное число шагов. Такое свойство алгоритма называется конечностью (или результативностью).

Алгоритмы могут представлять процессы преобразования самых разных объектов. Широкое распространение получили вычислительные алгоритмы, которые описывают преобразование числовых данных. Само слово алгоритм происходит от algorithmi - латинской формы написания имени выдающегося математика IX в. аль-Хорезми, который сформулировал правила выполнения арифметических операций.

Алгоритм позволяет формализовать выполнение информационного процесса. Если исполнителем является человек, то он может выполнять алгоритм формально, не вникая в содержание поставленной задачи, а только строго выполняя последовательность действий, предусмотренную алгоритмом.

Операционная система компьютера (назначение, состав, загрузка). Графический интерфейс.

Операционная система обеспечивает совместное функционирование всех устройств компьютера и предоставляет пользователю доступ к его ресурсам.

Процесс работы компьютера в определенном смысле сводится к обмену файлами между устройствами. В операционной системе имеются программные модули, управляющие файловой системой.

В состав операционной системы входит специальная программа - командный процессор^ которая запрашивает у пользователя команды и выполняет их. Пользователь может дать, например, команду выполнения какой-либо операции над файлами (копирование, удаление, переименование), команду вывода документа на печать и т. д. Операционная система должна эти команды выполнить.

К магистрали компьютера подключаются различные устройства (дисководы, монитор, клавиатура, мышь, принтер и др.). В состав операционной системы входят драйверы устройств - специальные программы, которые обеспечивают управление работой устройств и согласование информационного обмена с другими устройствами. Любому устройству соответствует свой драйвер.

Для упрощения работы пользователя в состав современных операционных систем, и в частности в состав Windows, входят программные модули, создающие графический пользовательский интерфейс. В операционных системах с графическим интерфейсом пользователь может вводить команды посредством мыши, тогда как в режиме командной строки необходимо вводить команды с помощью клавиатуры.

Операционная система содержит также сервисные программы, ил.и утилиты. Такие программы позволяют обслуживать диски (проверять, сжимать, де-фрагментировать и т. д.), выполнять операции с файлами (архивировать и т. д.), работать в компьютерных сетях и т. д.

Для удобства пользователя в операционной системе обычно имеется и справочная система. Она предназначена для оперативного получения необходимой информации о функционировании как операционной системы в целом, так и о работе ее отдельных модулей.

Файлы операционной системы хранятся во внешней, долговременной памяти (на жестком, гибком или лазерном диске). Однако программы могут выполняться, только если они находятся в оперативной памяти, поэтому файлы операционной системы необходимо загрузить в оперативную память.

Диск (жесткий, гибкий или лазерный), на котором находятся файлы операционной системы и с которого производится ее загрузка, называется системным.

После включения компьютера операционная система загружается с системного диска в оперативную память. Если системные диски в компьютере отсутствуют, на экране монитора появляется сообщение Non system disk и компьютер «зависает», т. е. загрузка операционной системы прекращается и компьютер остается неработоспособным.

После окончания загрузки операционной системы управление передается командному процессору. В случае использования интерфейса командной строки на экране появляется приглашение системы, в противном случае загружается графический интерфейс операционной системы.

3. Задание на разработку программы по подсчету количества появлений конкретного символа в заданном фрагменте текста..

Системный подход в моделировании

Понятие о системе. Окружающий нас мир состоит из множества различных объектов, каждый из которых имеет разнообразные свойства, и при этом объекты взаимодействуют между собой. Например, такие объекты, как планеты нашей Солнечной системы, имеют различные свойства (массу, геометрические размеры и пр.) и по закону всемирного тяготения взаимодействуют с Солнцем и друг с другом.

Планеты входят в состав более крупного объекта - Солнечной системы, а Солнечная система - в состав нашей галактики "Млечный путь". С другой стороны, планеты состоят из атомов различных химических элементов, а атомы - из элементарных частиц. Можно сделать вывод, что практически каждый объект состоит из других объектов, то есть представляет собой систему .

Важным признаком системы является ее целостное функционирование . Система является не набором отдельных элементов, а совокупностью взаимосвязанных элементов. Например, компьютер является системой, состоящей из различных устройств, при этом устройства связаны между собой и аппаратно (физически подключены друг к другу) и функционально (между устройствами происходит обмен информацией).

Система является совокупностью взаимосвязанных объектов, которые называются элементами системы.

Состояние системы характеризуется ее структурой, то есть составом и свойствами элементов, их отношениями и связями между собой. Система сохраняет свою целостность под воздействием различных внешних воздействий и внутренних изменений до тех пор, пока она сохраняет неизменной свою структуру. Если структура системы меняется (например, удаляется один из элементов), то система может перестать функционировать как целое. Так, если удалить одно из устройств компьютера (например, процессор), компьютер выйдет из строя, то есть прекратит свое существование как система.

Статические информационные модели. Любая система существует в пространстве и во времени. В каждый момент времени система находится в определенном состоянии, которое характеризуется составом элементов, значениями их свойств, величиной и характером взаимодействия между элементами и так далее.

Так, состояние Солнечной системы в любой момент времени характеризуется составом входящих в нее объектов (Солнце, планеты и др.), их свойствами (размерами, положением в пространстве и др.), величиной и характером взаимодействия между собой (силами тяготения, с помощью электромагнитных волн и др.).

Модели, описывающие состояние системы в определенный момент времени, называются статическими информационными моделями .

В физике примером статических информационных моделей являются модели, описывающие простые механизмы, в биологии - модели строения растений и животных, в химии - модели строения молекул и кристаллических решеток и так далее.

Динамические информационные модели. Состояние систем изменяется во времени, то есть происходят процессы изменения и развития систем . Так, планеты движутся, изменяется их положение относительно Солнца и друг друга; Солнце, как и любая другая звезда, развивается, меняются ее химический состав, излучение и так далее.

Модели, описывающие процессы изменения и развития систем, называются динамическими информационными моделями .

В физике динамические информационные модели описывают движение тел, в биологии - развитие организмов или популяций животных, в химии - процессы прохождения химических реакций и так далее.

Вопросы для размышления

1. Образуют ли систему комплектующие компьютера: До сборки? После сборки? После включения компьютера?

2. В чем разница между статическими и динамическими информационными моделями? Приведите примеры статических и динамических информационных моделей.