И в авторской редакции. Удк 536. 7 +"7"+ (201) +53+57 +577. 4+211 Вейник А. И., «Термодинамика реальных процессов», Мн.: "Навука I тэхнiка", 1991. 576 с. Isbn 5-343-00837. Вмонографии приводятся ряд новых закон

Вид материала

Закон

Содержание 3. Условно простое метрическое явление. 4. Условно простое механическое явление. 5. Условно простое перемещательное явление. 6. Условно простое кинетическое явление. K = m (242) а в качестве кинетического интенсиала, или кинетиала, - ско­рость  7. Простое ротационное явление. 8. Условно простое микроротационное (спиновое) явление. 9. Условно простое вращательное явление. 10. Условно простое кинетовращательное явление. 11. Простое вибрационное явление. 12. Условно простое микровибрационное (планковское) явление. 13. Условно простое колебательное явление.

Подобный материал:

• Впервые в авторской редакции, 9591.86kb.
• Конспект лекций Кемерово 2004 удк: 637. 992, 2553.59kb.
• Хавронюк Микола Іванович удк 343 (4: 447) Кримінальне закон, 3077.54kb.
• М. М. Ничипорчук национальный исследовательский ядерный университет «мифи» моделирование, 9.59kb.
• Удк [544. 77: 577. 112. 824]: 535, 64.03kb.
• Хавронюк Микола Іванович удк 343 (4: 447) кримінальне закон, 684.97kb.
• Учебное пособие и Учебный словарь-минимум по религиоведению. М.: Гардарики, 2000. 536, 8576.03kb.
• Учебное пособие и Учебный словарь-минимум по религиоведению. М.: Гардарики, 2000. 536, 8588.39kb.
• И. А. Бунин принадлежал к тем реалистам рубежа веков, которым была дорога сущность, 164.9kb.
• Формирование гендерного подхода к обучению и воспитанию учащихся в школе 343, 102kb.

3. Условно простое метрическое явление.


К числу условно простых следует отнести описанное в преды­дущем параграфе явление, определяемое экстенсором Ω и интенсиалом Δ (см. формулу (241)), ибо эти характеристики не удовлетворяют требованию специфичности: объем Ω выра­жается через линейный размер в кубе, а давление Δ - через силу, приходящуюся на единицу площади. Необходимость уважения к индивидуальности экстенсора и интенсиала - их физическому содержанию и размерности - прямо вытекает из самого духа ОТ и вполне окупается при последующем использовании этих величин на практике. Хорошими примерами в этом отношении служат хрональные, термические и электри­ческие экстенсоры и интенсиалы.

Как уже отмечалось, условно простое явление не способно во всех подробностях следовать законам ОТ. В нашем случае неприятности могут возникнуть, например, при определении давления (силы). Однако находить в опыте величину объема Ω мы пока не умеем, поэтому трудно судить и о границах приме­нимости обсуждаемого условно простого метрического явления [ТРП, стр.254].


4. Условно простое механическое явление.


Метрическая форма явления ранее была неизвестна, вместо нее в термодинамике рассматривается так называемое механическое явление, в котором роль экстенсора играет объем V , а роль интенсиала — давление р , причем механическая работа (см. фор­мулу (43))

dL = pdV = - dQ_V = - dU

Нетрудно сообразить, что механическое явление вытекает как частный случай из условно простого метрического, опре­деляемого формулой (241). Действительно, если известно соот­ношение между числом активных и пассивных метриантов сис­темы, тогда через это соотношение легко находится связь между объемами dV и dQ и давлениями р и Δ , причем величины dV и dQ имеют неодинаковые знаки.

Условность механического явления ycyгyбляeтся тем обстоя­тельством, что объем V охватывает метрическое вещество, одновременно находящееся в двух различных состояниях - пассивном и активном, то есть принадлежащее двум различным уровням эволюционного развития: наипростейшему (парен) и простому (ансамбль простых явлений) (см. параграф 7 гл. IV). Вещество парена, обладающей нулевой активностью, не взаимодействует с активными веществами, в том числе с актив­ным пространством, а это, согласно изложенным выше прави­лам, непозволительно для истинно простого явления [ТРП, стр.254-255].


5. Условно простое перемещательное явление.


Другим частным случаем условно простого метрического явле­ния служит перемещательное. Это явление тоже не самостоя­тельное, а условное, но в отличие от механического ему нельзя сопоставить какое-либо вещество. Экстенсор dx и интенсиал Р_х для перемещательного явления представлены в формуле (28). Связь между экстенсорами и интенсиалами для механического (см. формулу (43)) и перемещательного явлений иллюстри­руется рис. 1 и выражением (44). Взаимозависимость механи­ческого и условно простого метрического явлений отражена на рис. 6, в и г.

Главное характерное свойство условно простого перемеща­тельного явления заключается в его универсальности: оно в еди­нообразной форме определяет работу перемещения любого спе­цифического вещества, кванты которого скреплены с квантами пространства. Благодаря этому всякую специфическую работу оказывается возможным выразить двояко: либо с помощью уравнения (28), либо с помощью уравнения (42), что нашло свое отражение в равенстве (94). Универсальность перемеща­тельного явления делает его незаменимым также при опреде­лении работы универсального взаимодействия, без которого не может обойтись природа и немыслима ОТ и которое присуще всем без исключения веществам. Следовательно, ценность перемещательного явления состоит в его способности с коли­чественной стороны охарактеризовать работу не только любого специфического взаимодействия, но также и универсального [ТРП, стр.255-256].


6. Условно простое кинетическое явление.


В течение длительного времени в термодинамике в качестве кинетического экстенсора, или кинетиора, применялось так называемое количество движения, или импульс:

K = m (242)

а в качестве кинетического интенсиала, или кинетиала, - ско­рость  при этом кинетическая работа [13, с.19; 15 с.32; 18 с.40]

dQ_K = dK = d(m) = dU (243)

Затем мною было установлено, что количество движения не подчиняется закону сохранения, как того требует второе начало ОТ [20, с.242; 21, с.178]. Следовательно, величина К не может служить кинетическим экстенсором. Поэтому на роль кинетиора я избрал другую меру - массу m , а на роль кинети­ала - квадрат скорости, причем кинетическая работа [20, с.212; 21, с.106]

dQ_m = ²dm = dU (244)

Это уравнение является частным случаем формулы (239) для истинно простого метрического явления, если положить

 = ² (245)

а также частным случаем формулы (241) для условно простого метрического явления, если принять во внимание (240).

Из выражений (239), (244) и (245) видно, что кинети­ческое - это условно простое явление, ибо его интенсиал не удовлетворяет требованию специфичности, так как скорость содержит линейный размер и ход времени, принадлежащие дру­гим формам явлений. Переменность скорости хода реального времени может заметно повлиять на результаты, поэтому в расчеты необходимо вносить соответствующие поправки, существенно расширяющие границы применимости условно простого кинетического явления.

Уже говорилось, что к компетенции истинно простого метри­ческого явления относится все, что связано с протяженностью и порядком положения, а также с изменениями протяженности и порядка положения, то есть с изменениями геометричес­ких свойств системы - ее конфигурации и размеров, и с перемещениями - движением системы. Следовательно, перечис­ленные условно простые явления - метрическое, механическое, перемещательное и кинетическое - в совокупности хорошо охватывают круг вопросов, подлежащих изучению с помощью истинно простого метрического явления. Например, они позво­ляют в конкретных ситуациях найти необходимые экстенсор и интенсиал, с помощью соответствующих поправок переки­нуть мост к истинно простому метрическому явлению и таким образом очертить границы применимости данного условного явления. Дополнительные теоретические и экспериментальные сведения содержатся в гл. XIX, XXI и XXII.

Частным случаем общего уравнения (244) служит следую­щая известная формула:

dU = c²dm (246)

где с - скорость света в вакууме. Отсюда видно, что она харак­теризует лишь небольшую долю фактической суммарной энер­гии тела. Эта доля соответствует кинетической степени свободы системы и относится только к тому частному случаю, когда масса отщепляется или присоединяется к телу со скоростью света. Все остальные степени свободы и условия формула (246) игнорирует; она не дает также оснований для отождествления универсальной меры количества поведения вещества - энер­гии U с мерой количества метрического вещества – массой m [18, с.430] [ТРП, стр.256-257].


7. Простое ротационное явление.


Теоретический и экспериментальный анализ показывает, что в природе существует некая истинно простая ротационная, или круговращательная, форма явления (от латинского rotatio – круговращение), которая распадается на соответствующие ротационное вещество и ротационное поведение этого вещества. Ротационное явление обладает всеми теми главными общими свойствами, о которых уже говорилось. Что же касается специфики, то ротационное явление наделяет объекты природы свойством круговращения.

Экстенсором ротационного явления служит ротациор Е_r , а интенсиалом – ротациал Р_r . Ротационная работа, равная изменению энергии системы:

dQ_r = P_r dE_r = dU (247)

Ротационная форма явления подчиняется всем законам ОТ. Она присутствует на всех уровнях мироздания. В наномире ротационное вещество обладает силовыми свойствами, в микромире – дискретными, в макромире – континуальными.

Опыты с хрононами показывают, что при отражении от зеркала их знак изменяется на обратный, причем одноименные хрононы притягиваются, а разноименные отталкиваются (см. параграф 11 гл. XVIII). В этом может быть повинна только ротационная степень свободы микрочастиц, ибо хрональное нанополе обладает однонаправленными отталкивающими свойствами (см. параграф 9 гл. XVIII). Как видим, ротационное вещество на уровне наномира демонстрирует прямо противоположную силовую картину по сравнению с электрическим.

О дискретности ротационного вещества на уровне микромира можно судить по тому факту, что так называемый спин, который представляет собой внутренний момент количества движения микрочастицы, имеет порционную, квантовую структуру.

На уровне макромира из истинно простого ротационного явления в частном случае могут быть получены условно простые вращательное и кинетовращательное, для них экстенсоры и интенсиалы хорошо известны. Эти два частных явления находятся в таком же отношении к ротационному, как перемещательное и кинетические к метрическому.

Однако следует подчеркнуть, что истинно простое ротационное явление нельзя понимать слишком упрощенно: оно содержит такие специфические черты, о которых мы пока даже не подозреваем, в частности, мы даже не знаем специфических размерностей ротациора и ротациала. Отдельные намеки на это можно получить, рассматривая различные частные условно простые спиновое, вращательное и кинетовращательное явления и углубляя аналогию между ротационным и метрическим (см. также параграф 14 гл. XV) [ТРП, стр.257-258].


8. Условно простое микроротационное (спиновое) явление.


Хорошей иллюстрацией к истинно простому ротационному явлению служит условно простое спиновое. Понятие спина было введено в науку Дж. Уленбеком и С. Гаудсмитом в 1925 г. при­менительно к электрону. Спин определяет внутренний момент количества движения микрочастицы и не связан с перемеще­нием частицы как целого, поэтому для объяснения спина образ вращающегося тела может быть использован лишь грубо при­ближенно. Факт существования спина подтвержден экспери­ментом. Но мы не располагаем необходимыми понятиями для определения основного истинно простого ротационного явления. Спин выражается через постоянную Планка (размер­ность - Джс), следовательно, если его рассматривать как экстенсор, то интенсиал будет иметь размерность частоты вра­щения (с^-1). Обе эти характеристики не удовлетворяют требо­ванию своеобразия, поэтому спиновое явление не может счи­таться истинно простым. Условность спинового явления под­тверждается также фактом нарушения закона сохранения количества и момента количества движения в определенных условиях. Все это ограничивает область применимости спино­вого явления (см. также параграф 14 гл. XV) [ТРП, стр.258-259].


9. Условно простое вращательное явление.


Подобно тому как из метрического явления можно вывести перемещательное, подобно этому из ротационного можно найти условно простое вращательное, причем между перемещательным и вращательным явлениями существует известная ана­логия. Вращательное явление характеризует поворот системы на некоторый угол под действием момента силы. Экстенсором для перемещательного явления служит угол поворота  , изме­ряемый в радианах, а интенсиалом - момент силы М , равный силе, умноженной на длину плеча (Нм). Работа вращения

dQ_ = Md = dU (248)

Главная условность вращательного явления, как и переме­щательного, заключается в том, что ему нельзя сопоставить определенное вещество, то есть угол поворота не служит мерой количества какого-либо вещества. Кроме того, интенсиал не обладает должной специфичностью. Подобно перемещению, вращение тела является процессом легко наблюдаемым, оно фиксируется по изменению угла поворота тела.

Впервые угол поворота и момент силы, характеризующие работу вращения, были введены в науку гениальным Леонардо да Винчи. В ОТ смысл вращательного явления несколько видо­изменяется, оно становится частным случаем истинно простого ротационного, суть которого пока еще до конца не выяснена. Дополнительные сведения о ротационном явлении можно по­лучить при анализе его третьего частного случая - кинетовращательного [ТРП, стр.259].


10. Условно простое кинетовращательное явление.


В термодинамике кинетовращательное явление вначале было принято определять с помощью экстенсора М_К , именуемого моментом количества движения (Джс), причем

М_К =I (249)

где I - момент инерции тела относительно оси вращения, Джс² ;  - угловая скорость (частота) вращения тела, с^-1 . Интенсиалом служила угловая скорость  , следовательно, кинетовращательная работа

dQ_М = ²d М_К = d(I) = dU (250)

После того как нами было установлено, что момент коли­чества движения не подчиняется закону сохранения, в качестве экстенсора был предложен момент инерции I . В результате кине­товращательная работа [21, с.113]

dQ_I = ²dI = dU (251)

Как видим, кинетовращательное явление очень напоминает кинетическое. Сходство указанных явлений подчеркивается фактом, согласно которому уравнения (250) и (251) получа­ются из уравнений (243) и (244), если в последних массу и ско­рость заменить на момент инерции и угловую скорость. Подоб­ную же замену допускают и законы механики Ньютона, они остаются одинаково справедливыми как для кинетического, так и для кинетовращательного явлений. Все это могло бы навести на мысль о несамостоятельности ротационного явления, о том, что условно простые вращательное и кинетовращательное явления вполне могут быть получены в качестве частных слу­чаев не из ротационного, а из метрического и, следовательно, ротационное вообще утрачивает свое значение.

Однако такой вывод из всего предыдущего был бы слишком поспешным. Как показывает более глубокий анализ, на самом деле никакого сходства между ротационным, и метрическим явлениями нет: это два совершенно различных явления, каж­дому из которых присущи свои особые и неповторимые черты, и поэтому свести их друг к другу в принципе невозможно. Упомянутое сходство является кажущимся, оно обусловлено только тем, что метрическое явление вторгается в ротационное и таким способом навязывает ему свои собственные свойства. Иными словами, законы механики не затрагивают сути рота­ционного явления, а отражают лишь меру участия метрическо­го явления в ротационном.

Действительно, согласно исходному определению, порции (кванты) ротационного вещества должны придавать телам (ансамблям) способность как-то круговращаться, но свойст­вами протяженности и порядка положения они не обладают и, стало быть, не имеют массы m (объема Ω). Это значит, что рота­ционное вещество, подобно хрональному и всем остальным, существует параллельно пространству, «размазано» в его объ­еме. Следовательно, если бы ансамбль не содержал квантов метрического вещества, тогда ротационное вещество, существующее параллельно с метрическим, наделяло бы свойством круговращения лишь скрепленные с ним другие вещества и не затрагивало пространства. В результате круговращение такого без (вне) пространственного ансамбля не сопровождалось бы перемещением активных квантов метрического вещества (массы) относительно пассивных (парена) и законы механики были бы ни при чем, ротационное явление обходилось бы без них. Только благодаря тому что ансамбль содержит кванты метрического вещества, происходит увлечение массы и всту­пают в действие законы механики. Таким образом, суть дела фактически сводится к эффекту увлечения, который порожда­ется универсальным взаимодействием, а формулы (249)-(251) отражают количественную сторону этого эффекта. Указанное обстоятельство, а также неспецифичность экстенсора и интенсиала в уравнении (251) делают кинетовращательное явление условно простым с ограниченной областью применимости.

При всем том продолжает оставаться открытым вопрос о количественном определении экстенсора и интенсиала для основного истинно простого ротационного явления. Возможно, что в качестве экстенсора Е_r можно было бы выбрать плоский угол  , измеряемый в радианах, либо телесный угол Q_г , изме­ряемый в стерадианах. Тогда размерность интенсиала Р , в первом случае будет равна Дж/рад, а во втором - Дж/стер. Второй случай - круговращение одновременно в трех измере­ниях - труднее себе вообразить, но оба они в равной мере допускают изменение знака круговращения (силового взаимо­действия) в условиях отражения частиц от зеркала. В принципе не исключено круговращение и в одном измерении. Характер круговращения должен как-то проявлять себя в процессах осо­бого рода поляризации при отражении. Здесь решающее слово должно принадлежать опыту [ТРП, стр.259-261].


11. Простое вибрационное явление.


В соответствии с парадигмой в ОТ постулируется существование простой вибрационной формы явления (от латинского vibratio – колебание, дрожание), состоящего из вибрационного вещества и его поведения. Вибрационное вещество, как и ротационное, существует параллельно с пространством. Главный специфический признак вибрационного вещества заключается в том, что оно сообщает телам природы вибрационные, колебательные свойства.

Мерой количества вибрационного вещества, или вибрационным экстенсором, служит вибрациор Е_ , мерой качества поведения вибрационного вещества, или вибрационным интенсиалом, - вибрациал Р_ , вибрационная работа

dQ_ = P_ dE_ = dU (252)

Вибрационное явление строго подчиняется всем законам ОТ. В наномире вибрационное вещество обладает силовыми свойствами, в микромире – дискретными, в макромире – континуальными. Вибрационное вещество мы пока не умеем ни наблюдать, ни измерять, поэтому не в состоянии присвоить вибрациору и вибрациалу необходимые специфические размерности. Известные представления о свойствах вибрационного явления можно получить на основе анализа условно простых планковского, колебательного и волнового явлений, вытекающих из вибрационного в качестве частных случаев [ТРП, стр.261-262].


12. Условно простое микровибрационное (планковское) явление.


В 1900 г. М. Планк предложил известную формулу, определяю­щую энергию фотона через его частоту колебаний ν и квант действия (постоянная Планка) h . В нашей интерпретации эта формула имеет вид [18, с.58; 21, с.120]

Q_П = h = U (253)

где

h = 6,6249110^-34 (254)

В элементарном акте взаимодействия величина h (Джс) играет роль экстенсора, частота  (с^-1) - роль интенсиала, а все явление, определяемое уравнением (253), можно рас­сматривать как некое микроскопическое вибрационное (планковское). Наличие у величин h и  неспецифических размер­ностей, содержащих время, делает планковское явление условно простым, оно позволяет лучше понять основное вибрационное. В частности, этому будет способствовать более глубокое изу­чение колебательных движений фотонов и других микрочастиц в процессах поляризации, дифракции и интерференции [ТРП, стр.262].


13. Условно простое колебательное явление.


Другим частным случаем простого вибрационного явления слу­жит условно простое колебательное. В макромире оно опреде­ляет процесс распространения в твердой, жидкой и газообраз­ной средах упругих волн - вибраций, звука и т.д. Роль экстен­сора играет величина Е_к (кг), интенсиала - Р_к (м²/с²), вибра­ционная работа [18, с.43; 21, с.116]

dQ_k = P_kdE_k = dU (255)

E_k = tF (256)

P_k = a²² (257)

 - плотность среды, кг/м³;  - скорость распространения волны, м/с; t - время, с; F - площадь сечения волновода, м²; а - амплитуда колебания, м;  - круговая частота, с^-1 .

По формуле типа (255) в макроскопической теории принято определять энергию упругой волны. Равенство (256) определяет массу охваченного процессом волновода, а равенство (257) - квадрат скорости частиц среды. Обе характеристики (Е_к и Р_к) выражены через большое число других экстенсоров и интенсиалов, поэтому рассматриваемое явление есть условно простое.

Колебательное явление имеет некоторое сходство с кинети­ческим, что прямо следует из тождественности размерностей их экстенсоров и интенсиалов. Это вполне естественно, так как, при колебаниях среды происходят перемещения метрического вещества с определенными скоростями. Однако сами по себе кинетические эффекты не специфичны для вибрационного явле­ния, они суть следствия эффекта увлечения: благодаря универ­сальному взаимодействию кванты (порции) вибрационного вещества увлекают за собой кванты метрического и таким образом возникают наблюдаемые нами колебательные движе­ния среды. Аналогичная ситуация отмечалась ранее в кинетовращательном явлении.

Любопытно также сравнить простое вибрационное явление и вытекающие из него планковское и колебательное с простым ротационным и вытекающими из него спиновым и кинетовращательным. Из предыдущего ясно, что оба простых явления - вибрационное и ротационное - не раскрыли пока до конца своего истинного физического механизма, в частности, мы не знаем их экстенсоров и интенсиалов. Намеки на этот механизм и убедительные подтверждения факта существования указан­ных самостоятельных явлений содержатся в их микроанало­гах - планковском и спиновом, причем более выпукло это пред­ставлено в микровибрационном. Очень характерно эффекты увлечения метрического вещества вибрационным и ротацион­ным выступают в колебательном и кинетовращательном явле­ниях.

Согласно ОТ, аналогичные эффекты взаимного влияния можно обнаружить в опытах между обсуждаемыми и всеми остальными простыми явлениями. В частности, сами ротацион­ное и вибрационное явления тоже должны увлекать друг друга, и это должно служить косвенным подтверждением факта самостоятельного их существования. На этом принципе могут быть основаны соответствующие процессы взаимных преоб­разований различных форм движения. В частности, должны наблюдаться процессы превращения вращательного движения в вибрационное и наоборот.

Первого вида превращения хорошо всем известны, вибра­ции вращающихся устройств представляют собой бич современ­ной техники. Что касается обратных превращений, то это зна­чительно менее изученная область. Однако подобное превра­щение вполне возможно, что впервые широко продемонстриро­вал Г.Б. Вальц [21. с.117]: он создал целую серию приборов, в которых вибратор передает через твердую, жидкую или газо­образную среду колебания на приемник, приходящий во вра­щательное движение. В качестве вибратора служит электри­ческий моторчик с эксцентриком, электромагнит, питаемый пере­менным током, боек, периодически ударяющий по раме, или динамический громкоговоритель, связанный с вибрирующей пластиной. Приемником является пропеллер, диск или иное тело, свободно вращающееся на оси. После включения вибратора приемник начинает быстро вращаться. Плоскость вращения может быть горизонтальной, вертикальной или наклоненной под углом к горизонту (рис. 7). Одновременно может работать несколько различных приемников, которые могут быть открытыми или находиться в герметически замкнутом пространстве.





Крайне интересно то обстоятельство, что Г.Б. Вальц по про­изволу задает направление вращения приемника. На основе идей Л. Пастера, открывшего эффект правого и левого вра­щения плоскости поляризации света зеркально-симметричными образцами кристаллов, он установил, что при зеркально-сим­метричном преобразовании прибора направление вращения приемника изменяется на обратное. Под зеркально-симметрич­ным понимается такое преобразование, когда все устройства данного прибора (вибратор, приемник, зажимы и т.д.) распола­гаются зеркально-симметрично по отношению к другому.

В описанных опытах Г.Б. Вальца налицо эффект передачи вибрации через различные среды (твердую, жидкую, газооб­разную) и преобразования их во вращательное движение при­емника. В данном случае имеет место обычный эффект увлече­ния одного явления другим; этот эффект может быть исполь­зован, например, для определения перекрестных коэффициентов в уравнениях состояния и переноса [ТРП, стр.262-265].