Эфиродинамическая термодинамика icon

Эфиродинамическая термодинамика



НазваниеЭфиродинамическая термодинамика
Дата конвертации26.09.2012
Размер125.1 Kb.
ТипДокументы

Эфиродинамическая термодинамика

Глава 4. Эфиродинамический механизм термодинамических явлений


4.1. Теплота и агрегатные состояния вещества


Природа теплоты в газе, жидкости и твердом теле может быть легко установлена, если учесть, что помещенные в газовую среду жидкие и твердые тела приобретают ту же температуру, что и газ.

Как известно, температурой газа является кинетическая энергия одной молекулы газа, выраженная через среднюю скорость теплового движения [1, с. 32]:


mv2

Т = ——, (4.1)

3k

где m – масса одной молекулы; v – средняя скорость ее теплового движения, т.е. средняя скорость поступательного перемещения в пространстве; k = 1,38·10–23 Дж.К–1 – постоянная Больцмана, величина, обратная коэффициенту пропорциональности между принятой температурной шкалой и кинетической энергией молекулы газа.

Взаимодействие газовых молекул между собой будет различным в зависимости от степени ионизации газа. Если газ нейтральный, то у каждой молекулы имеется первый присоединенный вихрь – электронная оболочка. Поскольку вихрь этот замкнут, то центробежные силы выгонят амеры на периферию вихря и по всей его поверхности образуется уплотненная стенка; внешняя сторона стенок и образует поверхность молекулы. При соударении молекулы будут соударяться именно этими стенками, которые упруго сдеформируются, а затем распрямятся, отбросив молекулы друг от друга с той же скоростью, с которой они пришли в соприкосновение.

Если же столкнутся ионизированные молекулы, то у них присоединенного вихря уже не будет. Ионы должны будут преодолеть взаимное электрическое отталкивание. При температуре + 20º С такое отталкивание произойдет на расстоянии 3,6·10–8 м, при температуре 1000 ºС – на расстоянии в 8,5·10–9 м.

Молекула газа, ударяясь о твердое тело, на самом деле ударяется о поверхность электронной оболочки – о стенку первого присоединенного вихря. Стенка первого присоединенного вихря имеет существенно более высокую плотность, нежели все остальное тело вихря, и является фактически цельным и упругим телом, нечто подобное оболочке упруго надутого воздушного шара. Нанесенный по поверхности удар деформирует всю оболочку и передает возмущение ядру, а также на противоположный край оболочки и далее через оболочки Ван-дер-Ваальса другим молекулам.

Поскольку упругость межмолекулярных связей значительно меньше, чем упругость электронной оболочки, то в первом приближении можно считать, что основной упругостью колебательной системы является упругость межмолекулярных связей, а основной колеблющейся массой – вся масса молекулы.

Как следует из современной теории теплоты, температура твердого тела определяется колебаниями молекулы этого тела относительно других молекул.
При этом упругими связями, участвующими в этих колебаниях, считаются связи между молекулами. Эфиродинамические представления сущности теплоты в своей основе не расходятся с общепринятыми, но несколько уточняют сам этот процесс.

Диаметр первого присоединенного вихря более чем на 4 порядка больше диаметра ядра, следовательно, объем его не менее чем на 12–13 порядков больше, чем объем ядра атома. Масса же его в 3700 раз меньше. Следовательно, плотность оболочки в среднем не менее чем на 16 порядков меньше, чем плотность атомного ядра. К этому надо добавить, что основная масса и самой электронной оболочки сосредоточена вблизи ядра, а не на ее поверхности. Поэтому плотность поверхностных слоев не менее чем на 20 порядков меньше плотности атомного ядра. Удар газовой молекулы распределен на площади ее поперечного сечения, при диаметре порядка 10–10 м эта площадь составляет около 10–20 м2 , в то время как площадь атомного ядра составляет порядка 10–30 м2 или величину в 1010 раз меньшую. Несмотря на то что плотность столь мала, она оказывается достаточной, чтобы обеспечить необходимую упругость стенок. При этом в самой электронной оболочке тоже должны возникнуть колебания, энергия которых, в принципе, составляет малую долю энергии колебаний всей молекулы на межмолекулярных связях (рис. 4.1).

Исходя из изложенного, можно определить и механизм перехода веществ из одного агрегатного состояния в другое.





Рис. 4.1. К механизму распространения теплоты.


Увеличение амплитуды колебаний молекул приводит к увеличению расстояний между ними и сдвигу их в оболочке Ван-дер-Ваальса в область меньших градиентов потоков эфира и меньшей его плотности. Силы межмолекулярного взаимодействия ослабевают и уже становятся недостаточными для жесткого удержания молекул в прежнем положении. Молекулы могут теперь относительно свободно скользить относительно друг друга, однако вырваться из общей системы эфирных потоков молекулы еще не могут, их энергии еще недостаточно. Но при дальнейшем увеличении температуры амплитуда колебаний молекул увеличивается, и они все более интенсивно отталкиваются друг от друга, преодолевая силу остаточного взаимодействия. Те из них, у которых амплитуда поверхностных волн достаточно велика, оказываются способными вырваться из вторичных присоединенных вихрей остальных молекул. Образуется пар или газ.

Нетрудно видеть, что и для перестройки эфирных потоков в оболочках Ван-дер-Ваальса при переходе вещества из твердого состояния в жидкое, и для перестройки их же при переходе вещества в парообразное или газообразное состояние нужна дополнительная энергия, которая получила наименование теплоты плавления в первом случае и теплоты парообразования во втором.

Интересно проследить механизм образования теплоты при так называемых экзотермических реакциях, т.е. химическом взаимодействии двух веществ, происходящем с выделением теплоты.

Принципиально, силы взаимодействия двух тел, в том числе и силы притяжения двух молекул с прилипанием их друг к другу (ионное соединение) или с образованием единой электронной оболочки (ковалентное соединение), являются внутренними силами системы этих двух молекул и не должны бы были оказывать влияние на остальные тела, расположенные вокруг. Однако на самом деле в результате соединения две молекулы, соударяясь, возбуждают друг у друга поверхностные волны на электронных оболочках, что и воспринимается как увеличение температуры. То есть энергия взаимодействия молекул трансформируется в энергию поверхностных волн электронных оболочек этих молекул со всеми вытекающими отсюда последствиями. Но, кроме того, в ковалентных реакциях длина потоков эфира в общей для двух атомов новой молекуле оказывается меньше, чем сумма длин потоков эфира в электронных оболочках атомов до их соединения. Этот лишний уплотненный и завинтованный эфир вырывается из молекулы, вызывая дополнительно колебания в электронных оболочках окружающих атомов и молекул. Специально поставленный эксперимент подтвердил факт выделения эфира при ковалентных реакциях в виде создания так называемой «лептонной пены» слабо уплотненных вихревых тороидов («лептонов»), наличие которой вызывает перемещение металлического паруса крутильных весов и потерю чувствительности к свету фотобумаги.

Как показывает эксперимент, лептоны в этой «пене» не обладают высокой устойчивостью. Те из них, которые оказались наверху, начинают диффундировать уже в первые секунды после образования. Но те, которые оказываются внутри «пены», существуют значительно дольше, здесь счет идет уже на десятки минут и даже на часы. Это легко объясняется тем, что лептоны, находящиеся внутри «пены», по своей поверхности имеют градиентные течения эфира, связанные с течениями эфира по поверхностям соседних лептонов.


^ 4.2. Структура свободного электрона и физическая сущность электро- и теплопроводности металлов


Физическая сущность электро- и теплопроводности хорошо объясняется электронной теорией, разработанной немецким физиком П.Друде [2, 3] и нидерландским физиком Г.А.Лоренцем [4, 5].

В металлах атомы соединены друг с другом электронными оболочками, образуя в пределах одного домена сплошную систему типа большой молекулы, такие связи называются металлическими и по типу наиболее близки к ковалентному типу связей [6]. Это приводит к тому, что при соединении атомов длина эфирного потока у молекулы, состоящей всего из двух атомов, оказывается меньше, чем сумма длин путей эфирных потоков у атомов до соединения. Поэтому при соединении атомов в молекулу часть уплотненного завинтованного эфира выбрасывается из образовавшейся молекулы. В отличие от обычной ковалентной связи, при образовании которой выброшенная часть эфирного потока замыкается сама на себя, в металлах этот поток стимулирует организацию электрона за счет потоков эфира, оказавшихся между атомами (рис. 4.2).

Образованный свободный электрон начинает хаотически перемещаться в межмолекулярном пространстве в пределах оболочки Ван-дер-Ваальса, соударяясь с электронными оболочками молекул и обмениваясь с ними энергией. При этом часть электронов выходит на поверхность металла и, устанавливаясь в шахматном порядке антипараллельно относительно друг друга, образует так называемую «поверхность Ферми» (рис. 4.3).





Рис. 4.2. Металлическая связь в атомах и образование свободных электронов в металле





^

Рис. 4.3. Структура «поверхности Ферми»



Согласно электронной теории, свободные электроны в металлических проводниках образуют электронный газ. Двигаясь хаотично в межатомном пространстве тела проводника, электроны соударяются с поверхностями атомов и молекул, обмениваясь с ними импульсами и тем самым поддерживая общую для всего тела температуру. Именно наличие и подвижность электронного газа обеспечивает высокую теплопроводность металлических проводников. Однако при этом возникают вопросы, что представляет собой теплота твердого тела, в чем заключается механизм температуры твердого тела, что является в твердом теле носителем теплоты и чем физически теплота твердого тела отличается от теплоты газа.

В соответствии с электронной теорией свободные электроны, двигаясь хаотически между молекулами тела, непрерывно обмениваются с ними импульсами, чем способствуют выравниванию температуры в металле с высокой скоростью, что и отличает металлы от неметаллов – высокое значение коэффициента теплопроводности.

Тепловая скорость перемещения электронов в металле определится выражением


3k Т

vе2 = , (4.2)

mе


где me = 0,9108·10–30 кг – масса электрона, откуда находим, что при температуре 20С (293,3К) средняя скорость теплового движения электрона составит 115,45 км/с.

Имея в виду, что количество электронов в металле должно быть равно количеству атомов, то их число в единице объема, как и атомов, составляет порядка n =1028–1029 м–3. Если бы электронный газ существовал сам по себе, то средняя длина свободного пробега электрона была бы равна


1

λ = , (4.3)

n σе

где σе – площадь поперечного сечения электрона, величина которой составляет около 10–30 м2. Следовательно, длина свободного пробега должна была бы иметь величину порядка единиц метров, в то время как расстояние между центрами молекул составляет величину порядка 10–10 м. Это означает, что электроны в металле никак не взаимодействуют между собой, а каждый непрерывно соударяется с поверхностями молекул, около которых он находится, и перемещается между молекулами.

В соответствии с той же электронной теорией уже в современном ее изложении коэффициент теплопроводности металлов и сплавов можно оценить, используя закон Видемана–Франца [7]


kт = LoσT, (4.4)


где Lo = 2,445·10–8 Вт.Ом/К2 – число Лоренца; σ Ом· м –1 – электропроводность; Т – абсолютная температура.

Это соотношение, утверждающее пропорциональность теплопроводности и проводимости металлов и их сплавов, подтверждено широкой практикой и вошло в справочники как основа, хотя и не всегда точная. Поскольку существуют еще и другие факторы, влияющие на указанное соотношение. Тем не менее, можно утверждать, что электронная теория металлов подтверждена. В соответствии с этой теорией электропроводность равна


ne2τ

σ = , (4.5)

mе


или для удельного сопротивления


mе

ρ = , (4.6)

ne2τ


где n – концентрация электронов в единице объема; e – заряд электрона; τ – время свободного пробега, mе – масса электрона. С ростом температуры частота соударений электрона с поверхнос-тями молекул увеличивается и время свободного пробега соответственно уменьшается. Отсюда и снижение проводимости, и соответствующий рост удельного сопротивления металлов.

Таким образом, совместные представления электронной теории и эфиродинамики позволяют уяснить механизм электропроводности металлов и его связь с теплопроводностью. На этот основной процесс, как и везде, накладываются дополнительные процессы, приводящие к отклонениям от основного закона, которые должны рассматриваться отдельно.


^ 4.3. Эфиродинамический механизм экзотермических ядерных реакций


Атомная энергия – это внутренняя энергия атомного ядра, выделяющаяся при ядерных реакциях [8]. Энергия, которую необходимо затратить для расщепления ядра на составные части.

Как известно, энергия связи ядра складывается из энергии притяжения нуклонов друг к другу под действием ядерных сил и энергии взаимного отталкивания протонов под действием электростатических сил. Каждый нуклон сильно взаимодействует лишь с небольшим числом соседних. Поэтому, уже начиная с 4Не, удельная энергия связей слабо растет с увеличением числа А – количества нуклонов в ядре. Максимум достигается в области Fe при А = 56. Такой ход зависимости объясняется тем, что все большее число нуклонов находится на периферии ядра, и для них притяжение к остальным нуклонам оказывается более слабым.

В результате уменьшения роли периферийных нуклонов с увеличением числа ^ А удельная энергия связей растет. В тяжелых ядрах удельная энергия связей с ростом числа нуклонов убывает, т. к. энергия притяжения с ростом числа А растет линейно. А энергия электростатического отталкивания протонов растет пропорционально квадрату числа протонов Z2.

Таким образом, экзотермическими являются реакции ядерного синтеза (образование легких ядер из легчайших) и реакции расщепления тяжелых ядер (деление ядер на более мелкие части).


Еуд, МэВ




8


7


6




5

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 А


Рис.4.4. Зависимость удельной энергии связи ядер от числа нуклонов:

левая ветвь (штриховая линия) – увеличение удельной энергии с увеличением числа нуклонов в ядре, правая ветвь (штрих-пунктирная линия) уменьшение удельной энергии с увеличением числа нуклонов в ядре.


Не имея никаких возражений против изложенной интерпретации экзотермичности ядерных реакций, следует отметить, что физический механизм преобразования внутриядерной энергии связей в тепловую энергию вещества здесь никоим образом не выявлен, что является существенным недостатком приведенной интерпретации.

На базе эфиродинамических представлений может быть предложена интерпретация механизма перехода внутриядерной энергии связей нуклонов в тепловую энергию вещества.

Для ядерного синтеза легких элементов из легчайших – при схлопывании нуклонов или групп нуклонов из межнуклонного промежутка во внешнее пространство вырываются струи эфира, увлекающие окружающие нуклоны, ядра вещества и само вещество (рис. 4.5). Условиями такого вырыва являются не только факт соединения нуклонов, но и скорость такого соединения, ибо при малой скорости сближения нуклонов эфир из межнуклонного пространства будет растекаться относительно медленно, и никакого увлечения окружающего вещества потоками эфира не будет. Возможно, поэтому никакого нагрева вещества при образовании минералов не зафиксировано.




















Рис. 4.5. Механизм преобразования энергии сближения нуклонов в тепловую энергию окружающего вещества: вырвавшиеся из межнуклонного промежутка струи эфира увлекают за собой окружающее вещество, увеличивая его тепловую энергию


Распад же тяжелых ядер происходит за счет электростатического отталкивания (уплотненного в межнуклонном промежутке кольцевых потоков эфира, участвующего в кольцевом движении протонов). Такой распад непосредственно приводит к столкновению образовавшихся осколков с окружающим веществом. Но условием самого разделения является выход хотя бы части нуклонов за пределы пограничного слоя, на что требуется дополнительная энергия. Эта энергия своим происхождением может иметь либо образовавшиеся волны на поверхностях самих нуклонов или их совокупностей (тогда колеблются сами нуклоны), либо за счет ударов извне, но здесь налетающие внешние частицы должны иметь определенное время взаимодействия, иначе получится мало эффективный упругий удар, и распада ядра не произойдет.

Возможно, последнее обстоятельство и вынуждает в ядерных реакциях принимать меры для замедления скорости полета нейтронов и, тем самым, к увеличение времени взаимодействия налетающих на ядра нейтронов и самих ядер.


Выводы


1. Увеличение амплитуды колебаний молекул приводит к увеличению расстояний между ними и сдвигу их в оболочке Ван-дер-Ваальса в область меньших градиентов потоков эфира и меньшей его плотности. Это приводит к ослабеванию силы межмолекулярного взаимодействия и позволяет молекулам скользить относительно друг друга. При дальнейшем увеличении температуры амплитуда колебаний молекул увеличивается, и те из них, у которых амплитуда поверхностных волн достаточно велика, оказываются способными вырваться из вторичных присоединенных вихрей остальных молекул. Образуется пар или газ.

2. Физическая сущность электро- и теплопроводности металлов хорошо объясняется существующей теорией наличия свободных электронов в металле. Недостатком теории является отсутствие объяснения причин нличия в металлах свободных электронов. Этот недостаток исправлен эфиродинамической концепцией, объясняющей появление электронов как результат вырыва части электронной оболочки – части присоединенного вихря при объединении атомов металла в домены.




Похожие:

Эфиродинамическая термодинамика iconВейник А. И. Термодинамика реальных процессов
Удк 536. 7 +"7"+ (201) +53+57 +577. 4+211 в е й н и к А. И. Термодинамика реальных процессов. Мн.: "Навука I тэхнiка", 1991. 576...
Эфиродинамическая термодинамика iconРеальные жидкости и газы. Термодинамика

Эфиродинамическая термодинамика iconЭфиродинамическая сущность электромагнетизма Структура свободного электрона
Если присоединенный к ядру тороидальный винтовой вихрь – электронную оболочку – оторвать от ядра, то образовавшийся самостоятельный...
Эфиродинамическая термодинамика iconВведение Часть 2 Эфиродинамическая структура вещества
Отсутствие внутриатомной и, тем самым, внутриядерной среды вынудило физиков-ядерщиков и физиков-атомщиков искать абстрактно-математические...
Эфиродинамическая термодинамика iconДокументы
1. /Кубо Р. Термодинамика.djvu
Эфиродинамическая термодинамика iconДокументы
1. /ТЕРМОДИНАМИКА ГАЗА.doc
Эфиродинамическая термодинамика iconДокументы
1. /МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА.doc
Эфиродинамическая термодинамика iconДокументы
1. /Киттель Ч. Статическая Термодинамика. 1977.djvu
Эфиродинамическая термодинамика iconДокументы
1. /Лашутина Н.Г. Макашова О.В. Медведев Р.М. Техническая термодинамика.djvu
Эфиродинамическая термодинамика iconДокументы
1. /Грут С.Р. Термодинамика Необратимых Процессов. 1956.djvu
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©podelise.ru 2000-2014
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы

Разработка сайта — Веб студия Адаманов