Энергия – это что такое?
Сенин Юрий Петрович.

Термин – энергия – применяется и трактуется  очень широко. И если в быту с необоснованно широким  применением этого термина можно мириться, то в науке, и прежде всего в физике, необходимо чёткое и обоснованное понимание понятия энергии.

Ключевые слова: энергия, импульс, масса, сила, эквивалентность, время, движение.

Рассмотрим примеры.

  * Для объяснения дефекта масс при ядерных реакциях, вместо отдельных понятий массы и энергии, было предложено объединить их в  понятие масса-энергия. Такое решение было ошибочным, так как энергия есть свойство массы. Не может свойство сущности превратиться в саму сущность. Энергия, как свойство массы, является вторичным признаком массы. Энергия не является физической сущностью и, по этой причине, не  влияет на состояние тел. Энергия есть интегральная мера изменения состояний взаимодействующих физических сущностей.

 Можно предположить, что основанием для появления понятия “энергия-масса” явилось положение об эквивалентности массы и энергии. Такое положение существует, а объяснение сути эквивалентности дано в статье “Светоносная среда”.  Необходимо чётко различать эквивалентность энергии и массы от превращения энергии в массу и, наоборот, массы в энергию. Эквивалентность существует как математическая  зависимость, а превращение энергии в массу - принципиально невозможно, ибо свойство физической сущности не может превратиться в саму физическую сущность.

  * Физики теоретики допускают возможность позаимствовать на малый промежуток времени некоторую энергию и превратить её в частицу. Невозможность этого превращения нами  уже рассмотрена.

  * Поговорим о времени как таковом. Время, как и энергия, не является физической сущностью и, по этой причине,  не оказывает никакого влияния на окружающий мир. Время есть отображение в нашем сознании изменчивости мира. Изменчивость мира, происходящая в результате разнообразных  реальных  взаимодействий – первична и реальна, а время существует только в наших головах.

Попробуем разобраться с энергией, рассмотрев тепловые движения атома в кристаллической решётке. Таких движений в бесконечной вселенной совершается неисчислимое количество в неисчислимой степени. Каждый атом кристаллической решётки связан силовыми связями со всеми соседними атомами, которые тоже совершают тепловые движения. Поэтому тепловые движения нашего атома имеют хаотический и сложный  характер. Для определённости упростим эти движения.

 Пусть атом совершает колебательные движения между двумя неподвижными атомами вдоль общей прямой, проходящей через центры масс этих атомов. Неподвижные атомы расположены  на таком расстоянии друг от друга, при котором в точке, равноотстоящей от атомов, зарядовые силы притяжения и отталкивания, действующие между атомами, равны друг другу. Назовём эту точку точкой равновесия сил.

Все параметры тепловых колебаний атома симметричны относительно точки равновесия сил. Рассмотрим движение атома в направлении одного из неподвижных атомов (первый этап) и его обратное движение (второй этап).

В точке равновесия, сумма сил, действующих на движущийся  атом,  равна нулю, поэтому атом в этой зоне движется равномерно и прямолинейно. За зоной  равновесия   атом продолжает движение и, тем самым, нарушает равновесное состояние.

 При этом одномоментно возникают две силы: сила инерции и неравновесность зарядовых  сил, действующих между подвижным атомом и двумя неподвижными. Неравновесные зарядовые силы являются следствием изменения расстояний между атомами. Функциональная зависимость зарядовых сил от расстояния между зарядами хорошо известна.

На первом этапе движения атома  зарядовые силы изменяют состояние движения атома (тормозят движение), а сила инерции противодействует этому изменению. Первый этап движения атома заканчивается его остановкой и мгновенным началом обратного движения. В момент остановки заканчивается преобразование состояния движения в состояние силы.

 На втором этапе движения  зарядовые силы преобразуют состояние силы в состояние движения (ускоряют атом), а сила инерции противодействует этому изменению. Второй этап заканчивается в точке равновесия зарядовых сил. В точке равновесия атом остановиться не может и продолжает своё движение к другому неподвижному атому. Рассмотренные циклы будут повторяться.

Рассмотрев оба периода движения атома, выяснили:

* Импульсы  атома в начале первого периода и конце второго периода равны по величине и противоположны по направлению.

* Величина неравновесности зарядовых сил в конце первого периода и в начале второго равна максимуму.

* Сила инерции в конце первого периода и в начале второго равна максимуму и пропорциональна сумме зарядовых сил.

* Направление действия зарядовых сил и сил инерции не изменяется в процессе взаимодействия.

*Оба периода равны друг другу.

* В каждом периоде  сумма одномоментных изменений импульса и неравновесности зарядовых сил является величиной сохраняющейся.

Из рассмотренного можно сделать выводы:

* Физическая сущность не может самопроизвольно изменять уровень своего состояния.

* Сумма мгновенных значений состояния движения и состояния силы сохраняется в процессе взаимодействия физических сущностей.

Предлагается  математическая модель рассмотренного процесса взаимодействия.

Имеется отрезок прямой, по которому перемещается точка. Участки отрезка, расположенные между точкой и концами отрезка, при перемещении точки взаимосвязано изменяются, а длина отрезка при этом не изменяется. Вот этой неизменяющейся величине можно поставить в соответствие энергию.

О выделении и поглощении энергии.

Из рассмотренного примера тепловых колебаний атома следует, что под выделением энергии следует понимать преобразование состояния силы в состояние движения, а под поглощением энергии – преобразование состояния движения в состояние силы.

Для сообщения движения любому телу, например атому, необходимо другое тело или группа тел, чтобы оттолкнувшись друг от друга разлететься в противоположные стороны. Любое движение является реактивным движением, так как других способов создания движения в природе нет. Движение, порождённое силами притяжения, является движением реактивным. Отличие отталкивания от притяжения только в направлении взаимного движения.

Рассмотрим условия необходимые для поглощения или выделения энергии.

Несколько движущихся  структурных элементов объединяются в некоторую метастабильную структуру, время существования которой может быть любым. Для определённости структурными элементами определим атомы.

 Рассмотрим реакцию соединения водорода и кислорода. Эти атомы, соединяясь  при определённых условиях, образуют метастабильную структуру. Атомов в этой структуре должно быть достаточно для построения двух атомов воды. Зарядовые силы притяжения – отталкивания в метаструктуре находятся в равновесном состоянии.

 В недрах этой метаструктуры образуются две молекулы воды. Баланс сил в метаструктуре нарушается, и избыточные силы отталкивания сообщают молекулам воды движение. Молекулы разлетаются в противоположные стороны в соответствии с законом сохранения импульса. Энергия выделилась.

 Так протекают все реакции с выделением энергии, например термоядерные реакции, реакции ядерного распада, и т.д.

Выводы.

* Рассмотрение процесса теплового взаимодействия атомов показало, что сохранение параметров чего-либо при множественных повторениях обеспечивается принципом симметрии. Поэтому, энергию как сохраняющуюся величину можно использовать для удобства понимания происходящих процессов и для расчётов параметров этих процессов.

* Понятно, что энергия – чисто математическое понятие, такое как импульс, скорость, сила и др. Ею удобно пользоваться при математических выкладках. Сохранение энергии при любых взаимодействиях отражает единство природы, её вечность и неуничтожимость и, следовательно, её нерождаемость.

Размышления и сомнения.

Выяснилось, что кроме импульса у движущихся тел и зарядовых сил (как следствие неравновесности) нет ничего изменяющегося при взаимодействиях. Импульс – это мера инертности движущегося тела, действующая вдоль линии движения: по движению при торможении и против движения при ускорении.

Изменение состояния движения порождает  силы инерции. Силы инерции (силы сугубо  внутренние) транслируют своё силовое влияние через зарядовые силы, порождая изменение зарядовых сил, которое (в свою очередь) порождает изменение сил инерции и т.д.

Силы инерции опосредованно (через изменение расстояния) совершают работу по изменению зарядовых сил. Величина этой работы пропорциональна импульсу. Т.е. мера инертности это и есть энергия.

С другой стороны, работа совершаемая импульсом превращается в увеличение (изменение) зарядовых сил, действующих между сближающимися атомами. Это тоже энергия.

Но эти энергии не похожи друг на друга, они разные. С одной стороны мера инертности, а с другой просто сила.

14.01.2016.

 О физических принципах.
Сенин Юрий Петрович.

Для использования  при раздумьях о физике.

Ключевые слова. Природа, атом, физические сущности, взаимодействие, структуры, энергия, силы, время, пространство, движение, масса, инерция, заряд.

* Природа использует наименьшее количество принципов наибольшее количество раз.

* Незнание не является достаточной причиной для выдумывания новых принципов.

* Все физические сущности являются структурами. Непрерывных сущностей в природе  не существует.

* Природа использует наименьшее количество принципов наибольшее количество раз.

* Незнание не является достаточной причиной для выдумывания новых принципов.

* Все физические сущности являются структурами. Непрерывных сущностей в природе  не существует.

* Все физические сущности находятся в определённых физических состояниях, которые изменяются только при взаимодействиях

* Инертная масса физической сущности является определяющим условием любого взаимодействия этой физической сущности с другой физической сущностью.

*  Взаимодействие является гарантом существования всего сущего в природе. Всё, что может взаимодействовать – существует, а всё, что не может взаимодействовать – не существует.

* Взаимодействие является процессом перехода из состояния движения в силовое состояние и, наоборот, процессом перехода силового состояния в состояние движения.

* Временные и пространственные интервалы между взаимодействиями для природы не существенны. Временные интервалы между переходами  из одного состояния в смежное состояние могут быть любыми.

* При взаимодействиях энергия преобразуется из кинетической формы в потенциальную – это есть поглощение энергии, или преобразуется из потенциальной формы в кинетическую – это есть выделение энергии.

* При взаимодействиях возникает неуравновешенность зарядовых сил.  Неуравновешенностью зарядовых сил порождает силы инерции, которые всегда равны по величине и противоположны по направлению  величине неравновесности зарядовых сил. Состояние неуравновешенности зарядовых сил и, сопряжённое с ним состояние силового противодействия сил инерции, возникают и исчезают одновременно.

* Время является отображением в нашем сознании последовательности взаимодействий. Время не является физической сущностью и в этом смысле не существует. Направление времени определяется последовательностью взаимодействий. Для происходящего взаимодействия произошедшее ранее взаимодействие будет прошлым, а ещё не произошедшее взаимодействие – будущим.

* Детерминизм является отображением в нашем сознании последовательности взаимодействий. Происходящее взаимодействие является следствием произошедшего ранее взаимодействия и причиной последующего взаимодействия.

* Пространство является математической абстракцией отображающей пустоту, и не может быть физической сущностью. Понятие пустоты словами не определимо. Пустота геометрии не имеет.

* В природе существует фундаментальная сущность, которую назовём зарядовой массой. В электрических взаимодействиях зарядовая масса выступает как электрический заряд, в динамических взаимодействиях она выступает как инерционная масса.

* Закон сохранения массы незыблем, ибо масса есть проявление заряда.

* Энергия неотделима от массы. Физические действия производит масса (читай – заряд), а энергия  - состояние этой массы, которое преобразуется при взаимодействиях. Мерой изменения энергии при взаимодействиях является работа.

* Зарядовая  нейтральность частиц относительна. Нейтральность – это равновесное зарядовое состояние равного количества зарядов разных знаков, находящихся в нейтральной структуре.

 О движении.

Разнообразные движения и взаимодействия структурных элементов данной  структуры, в результате которых происходит обмен сопряжёнными  состояниями, можно назвать тепловыми движениями. Тепловые движения совершают все элементы, всех структурных образований любой масштабности. Движение есть причина взаимодействия, а взаимодействие есть причина движения.

* Все физические сущности находятся в определённых физических состояниях, которые изменяются только при взаимодействиях

* Инертная масса физической сущности является определяющим условием любого взаимодействия этой физической сущности с другой физической сущностью.

*  Взаимодействие является гарантом существования всего сущего в природе. Всё, что может взаимодействовать – существует, а всё, что не может взаимодействовать – не существует.

* Взаимодействие является процессом перехода из состояния движения в силовое состояние и, наоборот, процессом перехода силового состояния в состояние движения.

* Временные и пространственные интервалы между взаимодействиями для природы не существенны. Временные интервалы между переходами  из одного состояния в смежное состояние могут быть любыми.

* При взаимодействиях энергия преобразуется из кинетической формы в потенциальную – это есть поглощение энергии, или преобразуется из потенциальной формы в кинетическую – это есть выделение энергии.

* При взаимодействиях возникает неуравновешенность зарядовых сил.  Неуравновешенностью зарядовых сил порождает силы инерции, которые всегда равны по величине и противоположны по направлению  величине неравновесности зарядовых сил. Состояние неуравновешенности зарядовых сил и, сопряжённое с ним состояние силового противодействия сил инерции, возникают и исчезают одновременно.

* Время является отображением в нашем сознании последовательности взаимодействий. Время не является физической сущностью и в этом смысле не существует. Направление времени определяется последовательностью взаимодействий. Для происходящего взаимодействия произошедшее ранее взаимодействие будет прошлым, а ещё не произошедшее взаимодействие – будущим.

* Детерминизм является отображением в нашем сознании последовательности взаимодействий. Происходящее взаимодействие является следствием произошедшего ранее взаимодействия и причиной последующего взаимодействия.

* Пространство является математической абстракцией отображающей пустоту, и не может быть физической сущностью. Понятие пустоты словами не определимо. Пустота геометрии не имеет.

* В природе существует фундаментальная сущность, которую назовём зарядовой массой. В электрических взаимодействиях зарядовая масса выступает как электрический заряд, в динамических взаимодействиях она выступает как инерционная масса.

* Закон сохранения массы незыблем, ибо масса есть проявление заряда.

* Энергия неотделима от массы. Физические действия производит масса (читай – заряд), а энергия  - состояние этой массы, которое преобразуется при взаимодействиях. Мерой изменения энергии при взаимодействиях является работа.

* Зарядовая  нейтральность частиц относительна. Нейтральность – это равновесное зарядовое состояние равного количества зарядов разных знаков, находящихся в нейтральной структуре.

                                О законе сохранения состояний.
                                 Сенин Юрий Петрович.

В статье предлагается концепция нового закона сохранения. Закон сохранения состояний является наиболее общим законом такого рода, из которого следуют, например, закон сохранения энергии, закон сохранения импульса и др.

Ключевые слова: состояния, физическая сущность, энергия, заряд, константа.

Понятие состояния физической сущности, а также понятие пустоты или заряда являются фундаментальными и, по этой причине, словами не определимы. Примерами состояний являются зарядовые состояния, состояния силы, состояния движения и др. Поскольку состояния изменяются при взаимодействиях, то состояния взаимодействующих субъектов будут противоположными, например по направлению. Такие состояния назовём сопряжёнными состояниями.

Хорошо известно, что количество сопряжённых зарядов во Вселенной равно константе. Закон сохранения зарядов позволяет сделать предположение, что количество состояний всех физических сущностей во Вселенной также является константой. Действительно, известно, что энергетическое состояние любой физической сущности численно не может быть меньше постоянной Планка и всегда численно кратно постоянной Планка.

Из факта обмена состояниями  между взаимодействующими физическими сущностями следует, что состояния не исчезают в никуда и не появляются из ниоткуда.

 Сформулируем закон сохранения состояний.

Количество состояний всех физических сущностей во Вселенной является константой. Состояния физических сущностей изменяются сопряжёнными парами при взаимодействиях этих физических сущностей.

Зарядовая сопряжённость, сопряжённость состояний и силовая симметрия взаимодействий являются основой всех симметрий и, следовательно, всех законов сохранения.

Из закона сохранения сопряжённых зарядов следует, что наша Вселенная не бесконечна.

Конечное множество структурных элементов во Вселенной предполагает конечное множество состояний этих элементов. Отсюда вторая формулировка закона сохранения состояний.

Количество состояний физических сущностей является конечным множеством.

Из закона сохранения сопряжённых  зарядов, закона сохранения состояний, а также принципа инерции следует, что  наша Вселенная не может исчезнуть в никуда и не может возникнуть ниоткуда. Можно предположить, что вся  Вселенная или её части периодически  изменяются во времени и пространстве между определёнными состояниями.

11.04.14.

Об электрическом пробое конденсатора.
Сенин Юрий Петрович.

Ключевые слова: конденсатор, электрон,  заряд, обкладки, электрический ток, атомы, ионы.

В электрической цепи с током существует перенос токовых электронов вдоль цепи. Скорости переноса электронов очень малы по сравнению со скоростью света. Следовательно, силы, создающие перенос токовых электронов,  также очень малы и ещё не известны науке. Электрические (зарядовые) и магнитные силы не могут создать переносное движение электронов проводимости, так как электрические силы симметричны относительно перемещения токовых электронов, а магнитные силы касательны к электрону.

В электрической цепи с конденсатором, электрогенератор перекачивает электроны проводимости с одной обкладки конденсатора на другую обкладку. Вследствие этого на каждой  обкладке образуется неравновесное зарядовое состояние. На одной из обкладок образуется избыток электронов проводимости (это отрицательный заряд), а на другой обкладке будет избыток положительных ионов ( это положительный заряд).

Зарядовые силы притяжения, действующие между избыточными электронами проводимости одной обкладки и положительными ионами другой, поляризуют  атомы диэлектрика, создавая каналы силовой связи. Зарядовые силы притяжения, действующие через каналы силовой связи, будут ориентировать электрические оси избыточных электронов и, следовательно, спины этих электронов, нормально (в пределе) к поверхности раздела металл – диэлектрик.

Спины электронов, находящихся у поверхности раздела метал – диэлектрик ориентированы одинаково, т.е. параллельно, поэтому такие электроны будут притягиваться, а не отталкиваться. Таким образом, на поверхности раздела образуется слой одинаково ориентированных электронов. Число электронов в этом слое равно числу атомов диэлектрика, которые прилегают к поверхности раздела.

Можно считать, что конденсатор зарядился. Но на обкладках ещё много свободных электронов, поэтому генератор продолжает перекачивать свободные электроны с положительной обкладки на отрицательную обкладку. Разность потенциалов между обкладками будет возрастать. Вследствие этого будет   возрастать поляризация диэлектрика в силовых каналах. Нужно иметь в виду, что поляризуются не только электронные оболочки атомов, но и атомные ядра.

 Дальнейший рост разноси потенциалов приводит к тому, что один из атомов атомного слоя, например, вследствие теплового движения, приблизится к ядру на расстояние достаточное для извлечения из ядра позитрона. При сближении электрона с позитроном произойдёт процесс аннигиляции.

Об аннигиляции см. статью: “О светоносной среде”.

Существует принципиальная возможность осуществить множественные  пробои, выполнив множество испытуемых конденсаторов  наименьших размеров. Ещё можно испытуемые конденсаторы нагрузить внешним давлением, которое деформирует электронные оболочки диэлектрика. Возможно, что  при таких условиях проведения эксперимента удастся добиться желаемого результата, т.е. обнаружить гамма- кванты.  

Понятно, что  предположение о возможной аннигиляции может быть ошибочным.

06.12. 15.

Физические процессы в конденсаторе.
Сенин Юрий Петрович.

Просто и без формул.

Ключевые слова: конденсатор, электрон, потенциал, ёмкость, разность потенциалов, заряд, элементы структур.

Чтобы разобраться  в том, что происходит в электрическом конденсаторе мысленно построим три системы: гидравлическую, пневматическую и электрическую. Каждая из систем имеет по две ёмкости. Ёмкости для гидросистемы это бочки с водой, заполненные водой до половины, для пневмоситемы ёмкости должны быть герметичны, для электрической системы ёмкостью являются конденсаторы.

 В каждой системе ёмкости соединены элементами транспортировки, (для гидро и пневмосистем – это трубы, для электрической  - провода). В элементы транспортировки встроены соответствующие насосы и устройства коммутирования, т.е. задвижки и выключатели.

Включаем гидронасос. Насос начал перекачивать жидкость из одной бочки в другую. Производительность насоса не принципиальна, жидкость можно перекачивать ручным насосом или вёдрами. Мы замечаем, что уровень жидкости в одной бочке понижается а в другой повышается. Как только жидкость перекачается остановим насос и закроем кран, чтобы сохранить разность уровней в бочках. Ёмкости зарядились.

Включим пневматический насос. Он начнет перекачивать воздух из одной ёмкости в другую. В одной ёмкости давление будет повышаться а в другой – понижаться. Для измерения давления нужно смонтировать на ёмкости измеритель давления – манометр. Установили. Замечаем, что давление больше не повышается. Остановим насос и закроем кран. Ёмкости зарядились.

Включим электрический насос, т.е. электрический генератор. Он начнёт перекачивать электроны проводимости с одной обкладки конденсатора на другую обкладку.  Опять забыли измеритель – вольтметр. Подключили к конденсатору  вольтметр. Замечаем, что показания вольтметра больше не увеличиваются. Разрываем выключателем цепь, снимаем вольтметр и отсоединяем конденсатор.  Конденсатор зарядился

Пояснение для забывчивых. В металлах валентные электроны атомов связаны с атомом слабо и, поэтому, легко от атома отделяются и блуждают в металле, как некий электронный газ.

В рассмотренных примерах была совершена работа по перемещению содержимого ёмкостей. Вследствие этого образовались неравновесные состояния. В гидравлической системе в одной из бочек  повысился уровень жидкости и, вследствие этого, повысилось гидростатическое давление. В пневматической системе возросло давление газа в одной из ёмкостей и понизилось в другой. В электрической системе повысилось электрическое давление на одной из обкладок (с избытком электронов проводимости) и понизилось на другой обкладке (с недостатком электронов проводимости). Между соответствующими  ёмкостями появилась разность потенциалов.

Теперь наши системы готовы совершить работу. В гидравлической системе откроем вентиль и вода потечёт из бочки с высоким уровнем в бочку с низким уровнем. Проходя через гидродвигатель, который соединён с электрогенератором, поток воды начнёт вырабатывать электроэнергию. На этот раз мы не забыли поставить на все системы обратимые насосы и генераторы. В гидравлической системе работают силы тяготения.

В пневматической системе откроем вентиль и начнём получать электроэнергию. В пневматической системе работают силы упругости, т.е. зарядовые силы.

В электрической системе подсоединим заряженный конденсатор к электродвигателю постоянного тока и он начнёт вращаться, производя какую нибудь полезную работу. В электрической системе работают зарядовые (электрические) силы.

Во всех трёх системах заряженные устройства, совершив соответствующую работу, разрядились. Состояние всех соответствующих ёмкостей стало равновесным.

 Неравновесное состояние некоторых параметров (системы, тела, устройства) например, состояние энергий положения относительно базового состояния - необходимое условие для производства работы. Это общий закон природы.

 Вспомним, что электроны имеют заряд одного знака и, следовательно, электроны проводимости отталкиваются друг от друга. Силы отталкивания, действующие между электронами, обратно пропорциональны расстоянию, т.е. чем больше электронов в единице объёма обкладки тем больше силы отталкивания. Силы отталкивания между соответствующими  структурными элементами определяют давление в соответствующей среде – в жидкости, в газовой среде и в электронном газе.

Силовое состояние структурных элементов, созданное переносом соответствующих структурных элементов из одной ёмкости в другую, и отнесённое к одному структурному элементу, называется потенциалом.

Для знакомства с процессами происходящими в конденсаторе необходимо прочитать статью: ”Пробой конденсатора”.  Воззрение на электрон в этой статье альтернативное. Для желающих познакомиться с новой концепцией электромагнитных взаимодействий даю адрес блога: senin35.blogspot.ru

11.02.2016.

           

                             Эффект дельфина.
                        Сенин Юрий Петрович

Ключевые слова: ультразвук, дельфин, вода,  сверхкритический флюид, структура.

В своей статье - о жидкостях - я не указал главную, по моему мнению, причину быстрого и экономного плавания дельфина. А причина, видимо в том, что дельфин, испуская перед собой импульсы  ультразвука, изменяет структуру воды в некотором объёме. Полагаю, что импульсы ультразвука разрушают твёрдые структурные образования воды по ходу движения, превращая воду в некоторое подобие сверхкритического флюида. Поэтому дельфин плывёт, покрытый снаружи слоем флюида, как газовой смазкой. Статья о жидкостях:

 new-idea.kulichki.net/pubfiles/120223212308.doc

Полагаю, что необходимо провести эксперимент по обнаружению  эффекта дельфина. Положительный результат позволит всем плавающим средствам плавать быстрее и экономичнее. В любом случае обнаружение эффекта интересно для правильного понимания природы.

Сенин Юрий Петрович.

E-mail: giurgi@Yandex.ru 

О втором начале термодинамики.
Сенин Юрий Петрович.

Показано, что представление о передаче тепла при теплообмене от более тёплых тел телам менее тёплым является ошибочным представлением, несмотря на всю очевидность этого феномена.

Ключевые слова: тепло, теплообмен, теплопередача, энергия, энтропия, импульс.

Второе начало термодинамики – это физический принцип, запрещающий передачу тепла от холодного тела горячему телу.

 Вот что говорят корифеи.

Постулат Клаузиуса.

 Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого является передача теплоты от менее нагретого тела к более нагретому.

Постулат Томсона (Кельвина).

Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счёт охлаждения теплового резервуара.

Закон неубывания энтропии: Энтропия изолированной системы не может уменьшаться.

Формулировка Клаузиуса: Для любой квазиравновесной термодинамической системы существует однозначная функция термодинамического состояния  S = S(T,X,N), называемая энтропией, такая, что её полный дифференциал ds = dQ/T.

Как видите: чем дальше в лес тем страшнее. Про энтропию забудем.

В первых двух постулатах речь идёт о круговых процессах, но… теплопередача не является круговым процессом. Тепло является энергетической характеристикой хаотического (теплового)  движения структурных элементов термодинамической системы. И все из собственного опыта знают, что тепло всегда переходит от тёплого тела к холодному. Но так ли это?

  Из механики хорошо известно, что при динамических взаимодействиях происходит обмен импульсами между взаимодействующими телами. Импульсы, как теплород, нельзя перелить из горячего тела в холодное – импульсами обмениваются. Поэтому оба термически взаимодействующих тела равноправны.

В процессе теплообмена, например, между двумя твёрдыми телами, происходит передача горячих импульсов из горячего тела в холодное и холодных импульсов из холодного тела в горячее. Следовательно, тепло передаётся не только от горячего тела холодному, но и, в равной степени, от холодного тела горячему, так как в каждом теле число  импульсов всегда равно числу атомов.

При теплопередаче передаётся движение, т.е. импульсы движения, а импульсы в одну сторону передаваться не могут, так как они передаются при взаимодействии, как минимум, двух структурных элементов. См. третий закон Ньютона.

Скорость теплообмена между твёрдыми телами уменьшается по экспоненте. Это происходит вследствие действия  нескольких факторов.

·              Концентрация новых состояний (горячие для холодного тела и холодные для горячего тела) в областях тел, прилегающих к плоскости контакта, в начале теплообмена ещё мала.

·              Вследствие хаотичности тепловых движений структурных элементов тел, скорость дрейфа новых состояний вглубь тел мала.

·              Вследствие нарастания концентрации новых состояний в областях, прилегающих к плоскости контакта, происходит обратный обмен состояниями.

 Суть второго начала заключается в том, что изолированная  термодинамическая система должна подчиняться закону сохранения энергии и принципу минимума энергии положения.

Сформулируем  второе начало термодинамики:

Любая изолированная термодинамическая система не может самопроизвольно изменить уровень своего состояния.

20.01.2016.

О жидкостях.
Сенин Юрий Петрович.

Трактовка жидкого состояния, как её преподносят в школе, вызывает недоверие. Действительно, плотности жидкостей мало отличаются от плотностей твёрдых тел, следовательно, расстояния между элементами твёрдых и жидких тел одинаковые и, следовательно, силы, действующие между элементами твёрдого и жидкого тел, равны друг другу. Тем не менее, жидкости изменяют свою форму, а твёрдые тела нет.

Жидкое состояние трактуется как состояние системы молекул с ближним порядком и дальним беспорядком. Такая трактовка ошибочна, так как всегда можно переместиться из точки, где существует ближний порядок в точку, где ближнего порядка нет, совершив множество микроперемещений.

 Шаг каждого перемещения меньше радиуса области с ближним порядком. Поэтому, можно предположить, что вокруг каждой новой точки существует ближний порядок. Следовательно, дальний беспорядок должен отсутствовать. Но такой беспорядок в природе существует.

Однажды сверкнула странная мысль, что все жидкости состоят из двух фазовых состояний: кристаллической фазы и газовой фазы.  Привыкнув к этой мысли, понял, что это правильное понимание жидкого состояния.

Действительно, в каждый момент времени, в каждой точке жидкости происходят тепловые взаимодействия элементов жидкости. Вследствие тепловых взаимодействий происходит обмен импульсами и, следовательно, соответственно изменяется энергия субъектов взаимодействия. Уровень энергии определяет фазовое состояние элементов жидкости.

Каждый элемент жидкости, например, атом в процессе тепловых взаимодействий изменяет своё энергетическое состояние в диапазоне, определяемом распределением Максвелла- Больцмана.

Элементы жидкости, имеющие энергию характерную для газового состояния, назовём горячими, а элементы жидкости, имеющие энергию характерную для твёрдого состояния - холодными.

В каждый момент времени при данной температуре в единичном объёме жидкости содержится определённое количество горячих и холодных  элементов. Отношение количества горячих элементов к холодным назовём критерием текучести.

При абсолютном нуле критерий текучести равен нулю, а при газовом состоянии стремится к бесконечности. Следовательно, при абсолютном нуле существует только кристаллическая (твёрдая) фаза, а в газовой фазе (при температуре разрушения элементов газовой фазы) кристаллической (твёрдой) фазы нет.

Понятно, что текучесть жидкости является также функцией частоты тепловых взаимодействий элементов жидкости. Частота, в свою очередь, является функцией массы элементов жидкости и сил действующих на элементы жидкости при тепловых взаимодействиях. Понятно также, что  и критерий текучести, и частота тепловых взаимодействий являются функцией температуры.

Известно, что между двумя взаимодействующими атомами (при их тепловых движениях) существует такое расстояние, при котором силы отталкивания равны силам притяжения. При таком расстоянии потенциальная энергия этих атомов наименьшая - это минимум потенциальной ямы.

При уменьшении этого расстояния - между атомами резко возрастают силы отталкивания, а при увеличении этого расстояния - возрастают силы притяжения. Если силы отталкивания так велики, что сообщают атомам при их разлёте кинетическую энергию большую чем глубина потенциальной ямы, то атомы разрывают действующие между ними силовые связи.

Такая энергия характерна для газового состояния. Атомы, имеющие такую энергию, могут покинуть твёрдое тело, если находятся на поверхности тела. О силовых связях смотри:

 new-idea.kulichki.net/pubfiles/110414204108.doc.

new-kulichki.net/pubfiles/110412112316.doc.

Все параметры, характерные для жидкого состояния, определяются соотношением параметров и формы потенциальной ямы между элементами жидкости и распределением элементов жидкости по энергиям при данной температуре.

 При этом определяющим фактором является положение этого распределения относительно потенциальной ямы. С некоторой погрешностью можно считать, что при твёрдом состоянии распределение находится внутри потенциальной ямы, а при газовом состоянии - вне потенциальной ямы. При жидком состоянии распределение по энергиям в потенциальной яме с повышением температуры изменяется  от положения при твёрдом состоянии до положения при газовом состоянии.

Сказанного достаточно для понимания многих свойств жидкой фазы. Рассмотрим несколько проявлений жидкого состояния.

1. Испарение.

Все, находящиеся на поверхности горячие элементы жидкости, могут покинуть тело, т.е. испариться.

2.Хрупкий излом вытекающей струи.

 Если на вытекающую струю воды действует очень быстрый импульс силы, то струя разрушается хрупко. Это значит, что время импульса меньше периода тепловых взаимодействий.

3. Феномен дельфина.

Дельфины очень любят плыть перед движущимся судном. Дело в том, что перед движущимся судном образуется пологая горка воды и дельфин скатывается с этой горки, а движущееся судно, двигая перед собой кристаллическую фазу воды, толкает дельфина в направлении движения.

Понятно, что структура, передающая усилие от судна дельфину - метастабильна, но и скорость передачи импульса велика - она равна скорости звука в воде.

4. Турбулентность.

Турбулентное течение в жидкости можно объяснить наличием твёрдой фазы макроразмеров. Эти области получают момент вращения, который трансформируется в вихрь. Количество твёрдой фазы убывает с повышением температуры жидкости, поэтому увеличивается скорость, при которой  ламинарное течение жидкости превращается в турбулентное.

5.Плавление.

Плавление аморфного твёрдого тела происходит в соответствии с предлагаемой концепцией - подвижность элементов тела увеличивается пропорционально увеличению температуры. Монокристаллическое тело ведёт себя при плавлении иначе - плавится при определённой температуре.

Поведение твёрдых тел при плавлении определяется их структурой. Существуют три разновидности структур: монокристаллическая, поликристаллическая и аморфная. Предположим, что аморфная структура является микрокристаллической, поскольку кристаллы не успевают вырасти, и фиксируются в зародышевом состоянии.

Такой поход позволяет связать поведение твёрдого тела при его плавлении с размерами кристаллов и, следовательно, с их количеством в единице объёма. С  увеличение количества кристаллов в единице объёма увеличивается количество слабых межкристаллических силовых связей. В монокристалле таких связей нет - все связи статистически неразличимы,  в аморфной структуре их много, а в поликристаллической структуре - промежуточное количество.

Выводы.

1. Все жидкости состоят из двух фазовых состояний - твёрдой фазы и газовой фазы.

2. Фазовые состояния сосуществуют в динамическом режиме и взаимно заменяются с частотой тепловых взаимодействий элементов жидкости.

3. Текучесть жидкостей определяется соотношением твёрдой и газовой фаз.

Вариант от 24.01.12

Самозатухание  акустических волн.

Сенин Ю.П.

Показано:

- Звуком является распространение в звуконосной среде волнообразно изменяющихся неравновесных состояний структурных элементов этой среды.

- Рассмотрена зависимость степени затухания звука от длины волны.

              Ключевые слова: звук, волна, затухание звука, осциллятор, длина волны,

             скорость звука, частота, теплота, амплитуда.  

   Проведём мысленный эксперимент.

Осциллятор звука находится в газовой среде и совершает  гармонические колебания  вдоль прямой нормальной плоскости осциллятора. На этой  прямой расположен приёмник звука.   Параметры колебаний осциллятора:  A – амплитуда колебаний. f – частота колебаний. T – период колебаний.

     Возможны три состояния движения осциллятора.

1. Осциллятор покоится.

В этом случае молекулы воздуха (или любого газа), вследствие тепловых движений ударяются в плоскость осциллятора и отражаются от него. При этом скорость движения отражённых молекул при отражении не изменяется по модулю.

2. Осциллятор движется по направлению от  приёмника.

В этом случае отражённые молекулы теряют часть тепловой скорости, равную скорости осциллятора в момент отражения. Следовательно, в полупериод звуковой волны, соответствующий этому движению, отражённые молекулы движутся в сторону приёмника со скоростью меньше, чем  скорость звука в данной среде.

3. Осциллятор движется по направлению к  приёмнику.

В этом случае отражённые молекулы приобретают дополнительную скорость, равную скорости движения осциллятора в момент отражения. В этот полупериод отражённые молекулы движутся в направлении приёмника со скоростью, которая больше скорости звука.

Из этого следует:

  - Молекулы в звуковой волне не совершают колебательных движений, так как скорость звука много больше скорости осциллятора. Поэтому передача импульса движения структурными элементами звуковой волны происходит в одном направлении.

   - Колебательные движения осциллятора  модулируют тепловые движения отражённых осциллятором молекул. Вследствие модуляции возникает частично организованное движение структурных элементов газовой среды, как волна изменения  скорости передачи импульса движения.

- В одной полуволне скорости структурных элементов среды меньше скорости звука, а в другой полуволне – больше скорости звука.

- Следовательно, осциллятор создаёт в среде неравновесные состояния структурных элементов этой среды.

- Эти неравновесные состояния, по мере движения волны, смещаются  к центру волны. Такое смещение происходит при расположении полуволны с большей скоростью за полуволной с меньшей скоростью.

- Вследствие этого смещения длина звуковой волны будет уменьшаться вплоть до полного исчезновения.

Определим расстояние проходимое волной от момента возникновения до момента исчезновения.

Для этого воспользуемся соответствием параметров звуковой волны с параметрами колебательного движения осциллятора. Однозначное соответствие существует для частоты и, следовательно, для периода, а также для амплитуды колебаний  осциллятора, которой соответствует экстремальная  величина изменения скорости звука.

Имеем:

1.  L = C * t = C * l / 2v = C * l / 8A / T = C * l /8A * f  =  l ² / 8A

Где: L – расстояние проходимое волной до полного гашения.

C –  скорость звука.

t – время  демодуляции.

                l – длина волны.

v– средняя скорость демодуляции.

 T – период колебаний осциллятора.

f – частота колебаний осциллятора.

A – амплитуда колебаний осциллятора.

Пояснения к выводу формул.

- Время демодуляции характеризует длительность  процесса перехода неравновесных состояний структурных элементов среды в равновесное состояние.

- Средняя скорость демодуляции отражает быстроту исчезновения неравновесных состояний. Эта скорость равна средней скорости колебательных движений осциллятора.

Выводы.

- Звуковая волна это: распространяющиеся в среде неравновесные состояния структурных элементов звуконосной среды.

- Для газовой среды неравновесным состоянием будет отклонение скоростей тепловых движений структурных элементов этой среды от средней скорости  теплового движения этих элементов, то есть, от скорости звука в этой среде

- Можно утверждать, что звук есть частично преобразованное тепловое движение структурных элементов звуконосной среды. При этом тепловое равновесие среды, как целого, не нарушается, так как неравновесные состояния локальны, разнесены в пространстве, равны по модулю и противоположны по знаку.

- Тепловая природа звука предполагает, что помимо рассмотренной зависимости гашения звука от длины волны существует тепловая диссипация   звука.

- Тепловые движения называют как хаотические, но правильнее их называть всенаправленными. Именно всенаправленность  тепловых движений является механизмом диссипации неравновесных состояний. Это тот волшебник, который всегда стремится вернуть термодинамическую систему в равновесное состояние.

- Физическая величина, называемая состоянием, является фундаментальной и содержит в себе и скорость, и импульс и энергию, и т.д.

О частице и волне.

Частицей в физике нужно считать единичное структурное образование атомных, или меньших размеров.

Волной нужно считать неравновесные состояния множества структурных элементов какой либо среды,  изменяющееся по определённому закону и транслируемые средой.

Как мы слышим звуки.

- При отсутствии звуковой волны на барабанную перепонку с каждой стороны падают и отражаются от неё множество молекул окружающего воздуха. Такое воздействие воспринимается перепонкой как давление. Когда давление на каждую из сторон перепонки одинокое, она остаётся в покое и мы ничего не слышим.

- Звуковая полуволна, неравновесное состояние структурных элементов  которой больше равновесного, динамическим воздействием своих структурных элементов прогибает перепонку внутрь уха.

- Давление структурных элементов полуволны с неравновесным состоянием меньшим равновесного будет меньше равновесного давления и, следовательно, перепонка прогнётся в другую сторону.

- Эти движения барабанной перепонки передаются органами внутреннего уха к нервным окончаниям и мы слышим звук.

15.04.14. – 20.01.17.