<< Пред. стр. 1 (из 7) След. >>
Список литературы по разделу
ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
___________________________________________
И.В. Померанцев
ТЕПЛО, РАБОТА И
ФИЗИЧЕСКИЙ ВАКУУМ
КНИГА 1
Пермь, 2005 г.
УДК: 536,7 + "7" + (201) + 53 + 57 + 577,4 + 211
И.В. Померанцев, Тепло, работа и физический вакуум.
Книга 1. Пермь, 2005 г.
Приводится окончательное решение "задачи многих тел" с удалением из анализа распределения Максвелла, как не отвечающего природным явлениям и введением в анализ векторной математической модели распределения частиц по энергиям их движения автора.
Показывается.
Первое начало термодинамики в математическом определении Клаузиуса устанавливает совершенно другие, ранее не известные, истины, а введение в анализ собственного температурного параметра, являющегося энтальпией в градусном выражении, исключает смысл введения в анализ первого начала.
На основании новых полученных результатов, второе начало термодинамики опровергает закон сохранения и превращения энергии в Природе. Соответственно, также, теряется смысл его введения в анализ.
Неравенство собственного температурного параметра абсолютной температуре, с изменением давления газов, при идеальном взаимодействии молекул реальных газов, указывает на материальность тепловой энергии. Абсолютная температура отражает материальную тепловую энергию, а собственный температурный параметр отражает механическую энергию веществ во всём диапазоне их энергетических состояний.
Устраняется масса ошибок.
Осуществляется переход к детерминизму явлений в Природе.
Таблиц 3; Рисунков 20; Литературных ссылок 23;
Число страниц 136.
Содержание.
От автора. - 5
Историческая справка - 8
Часть 1. Газовые теплоёмкости, идеальность реальных газовых сред.
1.1. Введение - 13
1.2. Собственная теплоёмкость газов. - 13
1.3. Характерная зависимость в поведении газовых сред. - 16
1.4. Собственный температурный параметр и
постоянная Больцмана. - 20
1.5. Энтальпия и собственный температурный параметр. - 24
1.6. Определение собственного температурного параметра - 26
1.7. Частное уравнение состояния. - 27
1.8. Газовые теплоёмкости. - 28
1.9. Теоретическое определение расчётной формулы
калориметрических теплоёмкостей. - 30
1.10.Графическое представление сути калориметрической
теплоёмкости. - 34
1.11. Анализ теплообмена в калориметре. - 36
1.12. Демонстрация работы новой формулы определения
теплоёмкостей при постоянном давлении. - 38
1.13. Заключение. - 41
Часть II. Математические модели решения задачи многих тел.
2.1. Введение. - 44
2.2. Математические модели распределения частиц,
новый вид распределений - 49
2.3. Анализ моделей и их результатов. - 56
2.4. Что первично, скорость или энергия частиц? - 60
2.5. Распределение Больцмана в одно, двух и трёх мерных
пространствах математической модели Максвелла. - 62
2.6. Математическая модель распределения частиц по
энергиям Больцмана. - 69
2.7. Векторная модель распределения Туркан-Суринович. - 72
2.8. Анализ результатов векторной модели. - 78
2.9. Связь скоростей и энергий векторной модели. - 80
2.10. Детерминированное начало уточнённых распределений. - 83
2.11. Соответствие теоретических распределений Больцмана
экспериментальным распределениям Штерна и Ламмерта. - 86
2.12. Экстремумы накопленных распределений векторной модели. - 89
2.13. Незапыляющиеся смотровые окна для вакуумных камер
металлизации. - 91
2.14. Заключение. - 94
Часть III. Взаимодействие энергетических слоёв
модели "Туркан-Суринович" в газовых процессах
3.1. Введение. - 97
3.2. Уравнение состояния. - 98
3.3. Основные уравнения стационарного состояния. - 95
3.4. Уточнение формулы определения скорости распространения
звука. - 98
3.5. Структура газовых теплоёмкостей. - 103
3.6. Ограничение скорости движения газового потока. - 107
3.7. Адиабатические процессы в газах. - 112
3.6. Адиабатический процесс под действием импульса
тепловой энергии - 115
3.9. Энтальпия - 117
3.10. Энтропия. - 119
3.11. Опыт Гей-Люссака - 127
3.12. Заключение. - 129
4. Приложение.
4.1. Способ нагрева жидкости - 131
4.2. О КПД генераторов тепловой инверсии - 132
Литература. - 135
О чём вторая книга - 137
ОТ АВТОРА
Уважаемый читатель!
В ваших руках первая книга из трёх под общим названием "Тепло, работа и физический вакуум". Далее мной, со мной, или без меня будет выпущен новый учебник под названием "Молекулярная физика и термодинамика". В небольшой книге поместятся не только теория двух дисциплин из моих книг, но и наглядные примеры и задачи. Гидродинамика потоков движущихся в ограниченном пространстве, также поместится на одной двух страницах этой книги.
Почему не начать сразу с учебника?
Из учебника будут изъяты многие заблудившиеся теоретики с их теориями, наработанными в прошлом веке. Обоснования для устранения тех или иных теорий является мусором в учебниках, поэтому эти обоснования и выносятся в отдельный анализ, в книги, которые забудут вместе с ветеранами века теоретических заблуждений.
Светлое будущее скрыто в тёмном прошлом, в неправильных прошлых стереотипах мышления и толкования известных экспериментальных фактов. В книге представляется гениальная простота анализа хорошо известных исследований прошлого. Есть и очень сложные исследования, базирующиеся на тонкостях математического анализа. Неподготовленному читателю, я предлагаю эти места пропускать и пользоваться выводами, чтобы успешно двигаться дальше. В тоже время книгу нельзя читать по диагонали, т.к. каждое, если не слово, то предложение несут свою определенную смысловую нагрузку. Потому, что исследования, выполненные только на базе знания математических законов, без понимания возможных физических процессов, являются пустой тратой сил и времени, как и замена математического анализа болтовней.
Хочу предупредить читателя, о том, чтобы он не противился материальности тепловой энергии, при условии, что тепло может также находиться и в физическом вакууме в скрытом, запечатанном состоянии и может быть, инвертировано любым веществом при выполнении определённых условий. Во всяком случае, имеем мы или не имеем материальное тепло в шлейфах движущихся частиц, от этого никак старые исследования не пострадают. Всё остальное от эксперимента к эксперименту, через эксперимент с закреплением в математическом описании.
То, что мы не знаем, будем узнавать со временем из получаемой информации в процессе исследований. Не всё и сразу. Так не бывает. Всё познаётся в развитии. Выдумывать мы ничего не будем.
В текстах Вы увидите много известных и не очень фамилий учёных. Нет необходимости сразу искать этих авторов в литературных источниках. Всё что нужно знать о них приводится в рассматриваемых исследованиях. Только затем, при желании, можно обратиться к первоисточникам. Не тратьте время впустую.
Итак, путь к истине лежит через исправление массы ошибок в фундаменте естествознания. Этим мы и займёмся в первой книге. Получим новые представления, которые будем развивать в последующих исследованиях.
По ряду моих экспериментальных работ были составлены отчёты, например связанные со скоростями потоков [1]. На моих трудах в области электроники защитил кандидатскую диссертацию Шиметов из ВЭИ им. Ленина. Были защищены курсовые и дипломные работы [2;3]. В преддверье этой книги мной были выпущены наспех три сборника сигнальными тиражами. Одна из книг была в свободной продаже [4] и одна из работ была опубликована в США (1997 г.) [5].
Начиная с 1980 года, результаты теоретических исследований докладывались на различных семинарах и учёных советах: в Пермской школе молодых учёных; Пермском Госуниверситете (ПГУ); Московском Госуниверситете (МГУ); институте Механики Сплошных Сред (МСС РАН). Доклады были встречены аплодисментами.
На основании исследовательской деятельности, мной было получено:
- Принципиально новый анализ вакуумных, соответственно вентиляционных, систем и шлюзов непрерывной транспортировки полосовых материалов из атмосферы в глубокий вакуум;
- Принципиально новые электронно-лучевые пушки большой мощности. С использованием эффекта энергетической инверсии возбужднногофизического вакуума. Без магнитных фокусировок с предельно большой электрической проводимостью.
- Незапыляющиеся смотровые окна для камер вакуумной металлизации.
Всё это работало на агрегате нанесения защитных металлических покрытий в вакууме на Лысьвенском металлургическом заводе в г. Лысьва, Пермской обл., и было удостоено серебреной медали ВДНХ.
Также созданы:
- Принципиально новый движитель. В отличие от "Инерцойда" В. Толчена [6], опытная партия изготовлена и обкатана в США.
- Генераторы тепловой инверсии. Работают пилотные конструкции. Разрабатывается новая серия, исходя из более глубокого понимания условий инверсии тепла из физического вакуума.
- Линейные генераторы энергетической инверсии. Опытная эксплуатация с определёнными успехами, закреплёнными в актах.
- Другие конструкции и технологии. В стадии эксперимента и доработки, включая холодный ядерный синтез.
Патенты на способы и конструкции будут приводиться в соответствующих текстах книг.
Последнее.
Предлагаемая редакция моих книг можно сказать жёсткая. Нельзя допустить, чтобы читатель заблудился, а, заблудившись, потерял главное направление и свой вкус к открытиям. Поэтому не показываются и не смакуются другие направления возможных углубляющих направлений развития рассматриваемого материала. Весь этот либерализм может подождать до объединяющей публикации и уже в жёстком переплёте.
Что касается рецензий, то совершенно безыдейно просить их у ветеранов века теоретических заблуждений.
Моя сердечная благодарность и признательность моей семье. Моей жене Людмиле Александровне и дочери Юлии. Без их поддержки и помощи не было бы этой книги.
Пермь, 2005 г. И.В. Померанцев
1.1. ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА
Предлагаемые вниманию теоретические работы связаны с развитием понимания природы теплоты - главного столпа естествознания. В связи с этим имеется необходимость рассмотреть, хотя бы кратко, историю её развития.
Ещё со времён античности существовали две теории теплоты [6]. Согласно одной, теплота - это вещество; согласно второй - это состояние тела. В 17 веке теплоту рассматривали как состояние движения молекул. Но во второй половине 18 века одержала верх субстанциальная, или, материальная теория теплоты. Эта теория теплоты постулировала существование флюида специального рода, ответственного за тепловые явления, так называемого "теплорода", считавшегося невесомым, рассеянным по всей материи, способным проникать в тела, "сочетаться" с ними и превращать твёрдые тела в жидкие, а жидкие в газообразные. Теплота, "сочетавшаяся" с телом, не обнаруживалась термометром, это "скрытая теплота", на термометр действует лишь "свободная теплота".
Успеху этой теории способствовала химическая теория "флогистона". Успехи экспериментов, полученных в соответствии с предсказаниями этой теории, были бесспорны.
У физиков всё же не было согласия в отношении теплоты.
К концу 18 столетия борьба между сторонниками флюидной и механической теориями теплоты обострилась.
Умы физиков будоражили два известных эксперимента - Джовани Батиста Бальяни (1582 -1666) заставил кипеть воду в сосуде, над дном которого производилась работа трением. Через два столетия, Бенжамин Томсон (Румфорд) (1753 - 1814), сверлением ствола пушки в воде добился закипания воды. В обоих случаях выделялась огромная тепловая энергия. Откуда взялось тепло?
Не возникает сомнений в том, что тепло породила работа. Отсюда, соответственно, был сделан вывод - это внутреннее механическое состояние тела. Принцип эквивалентности теплоты работе рассматривался Ранкиным в его работе 1850 года. Гельмгольц первый выдвинул гипотезу возможности сведения тепловых явлений к явлениям механического движения в 1847 году. Путь, каким образом можно это сделать был найден в 1856 году Августом Крёнингом, а годом позже - Клаузисом. Основное положение теории было сформулировано ещё Даниилом Бернулли в 1736 г. и развито Даниилом и Иоганом Бернулли в работе 1746 года.
Основателем механической теории теплоты считается Рудольф Клаузиус, начавший в 1850 году свои классические исследования принципа эквивалентности теплоты и работы и закона сохранения энергии. Установленное Клаузиусом фундаментальное соотношение записывается в виде : (1),
где: - сообщённое количество тепла, - тепловой коэффициент ед. работы, - внутренняя энергия, - внешняя работа. Это определение является первым началом (законом) термодинамики.
Первое начало термодинамики есть закон сохранения энергии для изолированной термодинамической системы. Оно устанавливает однозначную связь между количеством теплоты, сообщённой замкнутой системе, и изменениями её внутренней энергии и выполненной за счёт этой теплоты механической работы над внешней средой.
Интегральное определение выражения (1) имеет вид:
(2),
где: - энтальпия или теплосодержание системы, - внутренняя энергия системы, - внешняя работа.
Беря полный дифференциал выражения (2) по температуре, имеем: (3),
где: теплоёмкость газа при постоянном давлении, теплоёмкость газа при постоянном объёме, внешняя работа, постоянная Больцмана.
Теплоёмкости для различных газовых сред имеют прямое экспериментальное подтверждение в калориметрических измерениях.
Классическую термодинамику Клаузиуса называют королевой наук. Это замечательная научная система, детали которой ни по красоте, ни по блестящей законченности не уступают всей системе в целом. Последние слова принадлежат Максу Планку. Такую славу она снискала благодаря предельной широте и универсальности своего фундамента - первого и второго начал, которым призвано подчиниться всё сущее. Именно поэтому термодинамике было суждено сыграть роль стартовой площадки при разработке общей теории природы [8]. Несмотря на свою законченность, существующая термодинамика имеет свои негативные стороны. Утверждение второго начала термодинамики в формулировке Клаузиуса (1862 г) не соответствует традиционным механическим представлениям. Механика всегда рассматривала процессы природы как обратимые, тогда как второе начало термодинамики считает их необратимыми. Кинетическая теория превращает это несоответствие в противоречие: если теплота сводится к движению отдельных молекул, подчиняющимся обратным динамическим законам, то, как можно совместить обратимость отдельных процессов с необратимостью в целом?
Противоречие было преодолено Д. Максвеллом и Л. Больцманом.
Максвелл (1859 г.) определил статистическое распределение молекул по скоростям их движения, т.е. ответил на вопрос о том, не какова скорость отдельной молекулы, а сколько молекул имеют определённую скорость из общего числа. В свою очередь Больцман (1878 г.) рассматривает второе начало термодинамики не как достоверный закон природы, а как в высшей степени вероятный. Механика и термодинамика перестали находиться в дуализме на почве статистической - вероятностной интерпретации.
Однако на ложность физических представлений в молекулярной физике и термодинамике указывает обилие эмпирики практически во всех решаемых прикладных проблемах. Там и в фундаменте тоже, используются обходные теоретические манёвры, что в итоге приводит к принципиальному отсутствию полной достоверности проведённых теоретических исследований. Берутся теоретические формулы и на основании практики вводятся в неё поправки. Незначительное изменение условий и эти поправки не работают, что и указывает на ложность самих теорий.
Принципиальное отсутствие достоверности заложено также в переходе к статистическим, вероятностным законам, которые по своей сути - синтез отдельных динамических причинных законов. Это привело к отказу от глубинных исследований процессов, - исследования имеют только поверхностный характер, к отказу от строгого детерминизма явлений природы. Отказ от детерминизма связан не с принципиальными соображениями, не с философией познания, а, как оказывается, с невозможностью проследить индивидуальные акты механических взаимодействий в их совокупности.
К концу 20 века было получено большое количество экспериментальных результатов, казалось бы, опровергающих первое и второе начала термодинамики. Ряд из этих результатов внедрены в практику. *)
На базе существующих и получаемых вновь противоречий, делались безуспешные попытки теоретических нападок на первый и второй законы термодинамики, а также создания новой термодинамики. Наиболее известны экспериментальные и теоретические работы в этой области академика А. И. Вейника [8].
Несостоятельностью всех теоретических исследований направленных на ликвидацию первого и второго законов термодинамики является то, что наряду с опровержением понятия энтальпии (2): , необходимо доказать несостоятельность теплоёмкости (3): . Последнее выражение означает - найти ошибку в измерениях калориметром теплоёмкостей газов при постоянном давлении - . Эту задачу ни один из авторов нападок на основы термодинамики не выполнил. Соответственно их исследования должны подчиняться не опровергнутому результату (3).
Второй закон термодинамики, как будет установлено, является прямым следствием первого закона, поэтому и здесь остаётся невыполненной первая задача - опровержения экспериментальных результатов теплоёмкости при постоянном давлении - .
Опровергая всё подряд, безусловно, придётся разобраться и со статистиками Гиббса, Больцмана и Максвелла, - привести их в детерминированное начало. Все, конечно, возвращается на круги своя, но этот круг с большим сбросом теоретических концепций, причём не связанных с телом развивающихся экспериментальных исследований.
Предлагаемый вниманию теоретический труд имеет свою законченность. Показывается масса ошибок по всем направлениям молекулярной физики и термодинамики.
_______________
*) Конструкции А.И. Вейника [8] и С.Ю. Потапова [9] имеют
КПД >>100%.
ЧАСТЬ 1
ГАЗОВЫЕ ТЕПЛОЁМКОСТИ,
ИДЕАЛЬНОСТЬ РЕАЛЬНЫХ ГАЗОВЫХ СРЕД
1.2. ВВЕДЕНИЕ.
Рассмотренная историческая справка относится ко всем моим книгам и её главам. Собственно всё то, о чём мне хотелось сказать для первого раздела также отражено в исторической справке.
Теперь конкретно о первой части книги.
В первой части книги будет устранена вопиющая несправедливость, касающаяся вывода спектрального анализа об идеальности реальных газовых сред во всём диапазоне их температур и давлений, который не только никак не отражён в теориях молекулярной физики и термодинамики, но и никак не используется в практической деятельности, в прикладных науках. Фундамент не направляет практику, и практика не озадачивает фундамент.
В случае абсолютной идеальности газов, всё идеально. Тогда причём тут переменные теплоёмкости при постоянном давлении и постоянном объёме? Только потому, что переменные теплоёмкости при постоянном давлении измеряются? А толи мы измеряем, что представляем себе теоретически? Во всём этом нам и предстоит разобраться в первой части книги.
1.3. СОБСТВЕННАЯ ТЕПЛОЁМКОСТЬ
ГАЗОВ
Рассмотрим выводы спектрального анализа, без учета понимания других экспериментальных исследований. "С достаточно большой точностью можно утверждать, что все газы при любых температурах (вплоть до таких низких при которых не удается проводить экспериментальные исследования) и давлениях ведут себя так, как будто они состоят из частиц, вращающихся, колеблющихся и поступательно движущихся по обычным законам классической механики" . Остаётся добавить: "и имеют постоянную теплоемкость"
Эта формулировка общеизвестна. Она утверждает идеальность реальных газовых сред во всём диапазоне их температур и давлений. Однако, дальнейшие шаги в этом направлении не приводили исследователей к желаемым результатам. До лучших времён оставался один возможный обходной манёвр. А именно, в формулы идеального газа вводились поправки на объём молекул и межмолекулярные силы взаимодействия, с целью описания энергетики реальных газовых сред этими формулами. Это известные поправки Ван-дер-Ваальса.
Фактически уравнение Ван-дер-Ваальса приближенно описывает критические условия для многих систем, но это уравнение не является точным [6]. Ван-дер-Ваальс сам сомневался в справедливости вводимых им поправок . Будем надеяться, что лучшие времена наступили, поэтому будем дальше развивать вывод спектрального анализа.
Следуя указанию вывода спектрального анализа, введём в последующие анализы величину постоянной теплоёмкости газов:
(4),
во всём диапазоне температур и давлений. Соответственно должны принять показатель адиабаты равный постоянной величине: (5),
где: - неизвестное отношение величин энергий, представляемое ранее отношением , где: - теплоёмкость газа при постоянном давлении, - теплоёмкость газа при постоянном объёме.
Теперь любой реальный газ будем рассматривать, как идеальный. Если нам придётся вернуться к реальному газу, то это мы сделаем на соответствующем витке развития новой теории.
Итак. Практика утверждает идеальность газовых сред во всём диапазоне их температур и давлений с постоянной величиной теплоёмкости . Этот факт противоречит теоретической выдумке Клаузиуса с его переменной теплоёмкостью из (3): и соответственно, его определению из (2): или из (1):
.
Экспериментальный результат спектрального анализа опровергает первый закон термодинамики.
Мне могут возразить. Но ведь теплоёмкость при постоянном давлении является практической измеряемой величиной и с очень большой точностью. Давайте доживём до анализа этой теплоёмкости.
Попытки определения постоянных величин собственных теплоёмкостей и собственных показателей адиабат для различных газов, в небольшом диапазоне их энергетических состояний, проводились различными исследователями. См., например, . Результаты таких анализов ограничены атомарностью исследуемых молекул. Кроме того, все исследования в основном строятся на умозрительных заключениях. Теоретические заключения не дают стабильных результатов при переходе от одного газа к другому. Возможно, на экспериментальные результаты накладываются другие эффекты, которые не учитывались исследователями. В таком случае необходимо выяснить механизм образования величин теплоёмкостей, определить их, а затем разобраться с возможными эффектами, искажающими теоретические результаты.
Сейчас можно констатировать из работ , что экспериментальные величины показателей адиабат лежат в пределах:
- для 1-о атомного газа 1,66 - 1,67;
- для 2-х атомного газа = 1,39 - 1,4;
- для 3-х атомного газа
и являются постоянными величинами.
Будем надеяться что, новые теоретические величины будут лежать в указанных пределах.
Вводимые в анализ результаты: ; , кроме констатирования идеальности реальных газовых сред, ничего не дают для развития теории. Необходимы следующие шаги, нужны дополнительные нововведения.
1.4. ХАРАКТЕРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ В ПОВЕДЕНИИ
ГАЗОВЫХ СРЕД
Естественным путём дальнейшего развития теории является анализ общих закономерностей поведения для всех газовых сред. Одной из таких закономерностей является изменение скорости распространения звука - в зависимости от давления - при постоянной абсолютной температуре - , т.е.: . Эта характеристика имеет большую или меньшую выразительность, зависящую от рассматриваемого газа и принимаемой величины абсолютной температуры в качестве постоянного параметра. Интересуемую зависимость можно получить из таблиц, например Варгафтика , или из экспериментально полученных исследований . В экспериментальных данных для одних и тех же условий обычно приводится семейство характеристик, зависящих от частоты звуковых колебаний. Какую характеристику выбрать для дальнейшего исследования?
Предполагая участие физического вакуума во всех процессах, можно предположить, что такое участие в газах будет тем больше, чем выше частота звукового колебания. Скорости распространения звука для высших частот больше по сравнению с низкочастотными скоростями распространения звука при прочих равных условиях. В связи с обозначенным условием, для дальнейшего анализа выбираем зависимость с наименьшей частотой колебания звука. Такая зависимость представлена для углекислого газа на рис. 1 . Авторы рассматриваемой зависимости Henderson M. C. и Peselnick L.J. .
На рассматриваемом экспериментально полученном графике треугольниками обозначены табличные величины скоростей распространения звука Варгафтика [17] для тех же начальных условий.
От давления выше 90 атм. начинается фазовый переход газа в жидкость. В жидкостях и твёрдых телах носителем звуковой волны является сплошная среда, где скорость передачи возмущения определяется больше энергией ковалентных связей и плотностью самой структуры.
Рис. 1. Экспериментальная зависимость изменения скорости распространения звука от давления для углекислого газа при температуре и частоте МГц.
Констатация фактов представленных на графике.
Представленная зависимость на рисунке 1 характеризует процессы, требующие их рассмотрение по пунктам, отделяя эффекты, друг от друга.
Для проведения анализа, необходимо заметить, что энтальпии, рассматриваемых состояний, должны меняться подобно изменению скоростей распространения звука. Об изменении энтальпии будем судить по изменению скорости распространения звука. Теперь всё готово для анализа, начнём его.
1. Сравнивая экспериментальную зависимость с табличными данными [17], представленных на рисунке, необходимо отметить небольшое несовпадение приводимых результатов из различных источников , .
2. Температура 51 довольно большая температура и можно
предполагать, что газ, при этой температуре, идеальный. Для идеального газа справедливо основное уравнение состояния:
при: [15;16],
где: - механическая энергия газа, - давление, - объём, - абсолютная температура.
В таком случае график должен быть прямой линией параллельной оси
абсцисс. Представленная кривая, вместо прямой, указывает на реальность рассматриваемого газа при температуре 51. Во всём диапазоне давлений работают поправки Ван-дер-Ваальса [15;16]. Энтальпия значительно растёт с уменьшением давления и наоборот уменьшается с его ростом.
<< Пред. стр. 1 (из 7) След. >>
Список литературы по разделу