Физический смысл тепла и температуры
Понятия тепло и температура относятся к числу фундаментальных научных понятий. Они широко используются в научных исследованиях, инженерной практике и обыденной жизни. Однако, физический смысл этих понятий оставался туманным до выявления модели фотона (рис. 9, а) и роли закона Вина (1) в формировании максимумов излучений в полости чёрного тела (рис. 12) и максимумов излучения Вселенной (точки А, В и С на рис. 13). Происходит это потому, что элементарный носитель тепловой энергии – фотон (рис. 9, а) существует в рамках Аксиомы Единства, а теоретики пытаются выявить его электромагнитную структуру и описать его поведение при формировании тепла и температуры с помощью теорий, работающих за рамками этой аксиомы [2].
Допустим, термометр показывает 
. Длина волны максимального количества (плотности в единице объёма пространства вблизи термометра) фотонов, формирующих эту температуру, будет равна
. (10)
Длина волны фотонов, совокупность которых формирует температуру 
, будет равна
. (11)
Энергии фотонов, формирующих температуры и будут соответственно равны:
; (12)
. (13)
Тогда разность энергий фотонов, при которой изменяется температура на , окажется такой
. (14)
Если термометр показывает 
, то максимальное количество фотонов в зоне термометра, формирующих эту температуру, имеет длину волны
|
|
|
. (15)
Когда термометр показывает 
, то максимальное количество фотонов в зоне термометра, формирующих эту температуру, имеет длину волны
. (16)
Длина волны фотонов, формирующих температуру 
, равна
. (17)
При температуре в полости черного тела, равной 
(рис. 12), имеем
. (18)
Таким образом, температуру среды в интервале 
формируют фотоны инфракрасного диапазона (табл. 1). С увеличением температуры длина волны фотонов, формирующих её, уменьшается.
Итак, температура, которую показывает термометр, формируется максимальной плотностью фотонов, длина волны которых определяется по формуле (1) Вина.
Таким образом, температура среды и тел изменяется благодаря тому, что их молекулы излучают и поглощают фотоны среды непрерывно (рис. 10). Постоянство температуры обеспечивается большинством фотонов, соответствующих этой температуре в среде, где она измеряется. Изменение длины волны этого большинства изменяет температуру среды. Длина волны большинства фотонов определяется по формуле (1) Вина.
|
|
|
Чтобы получить формулу для определения температуры любого космического тела, запишем формулу Вина для двух разных температур:
, (19)
. (20)
Далее имеем:
,
или
(21)
и
. (22)
Приравнивая (21) и (22), найдем
(23)
или
. (24)
Таким образом, произведение длин волн 
фотонов на температуры 
, которые они формируют, - величина постоянная и равная 
Это - седьмая константа, управляющая поведением фотонов. Назовём её константой равновесия температур.
Формула (23) означает, что если температуру 
формируют фотоны с длиной волны 
, то чтобы получить температуру , необходимо сформировать среду с большинством таких фотонов 
, при которых 
.
Например, возьмём температуру болометра телескопа Хаббла, выведенного в космос. Она равна 
. Её формирует совокупность фотонов с длинами волн 
. Предположим, что указанный телескоп зафиксировал, что максимум излучения с определённой звезды имеет длину волны, равную 
. Закон (23) формирования температур даёт нам такую величину температуры на поверхности исследуемой звезды
|
|
|
. (25)
Итак, температура на поверхности исследуемой звезды 29399,61К. Это значительно больше, чем на поверхности нашего Солнца и мы уверенно можем полагать, что исследуемая звезда моложе Солнца.
Теперь предположим, что телескоп Хаббла зафиксировал максимум излучения с космического объекта (астероида, например) с длиной волны 
. Учитывая, что , температура на поверхности этого космического объекта будет равна
. (26)
Описанный метод измерения температуры космических тел широко используется астрофизиками. Теперь они глубже будут понимать физическую суть этого процесса.
Мы уже показали, что максимальная длина волны фотона равна 
. Совокупность фотонов с такой длиной волны формирует минимальную температуру
. (27)
Встаёт вопрос о длине волны фотонов, совокупность которых формирует максимальную температуру. Современная наука не имеет точного ответа на этот вопрос. Мы можем только предполагать, что температуру формируют лишь те фотоны, которые излучаются электронами при синтезе атомов и молекул. Граница минимальной длины волны таких фотонов ещё не установлена. Можно предполагать, что она находится в диапазонах ультрафиолетового или рентгеновского излучений. Поскольку гамма фотоны и рентгеновские фотоны с минимальной длиной волны излучаются не электронами, а протонами при синтезе ядер атомов, то у нас есть основания полагать, что совокупность гамма фотонов и рентгеновских фотонов с минимальной длиной волны не участвует в формировании температуры окружающей среды.
|
|
|
Если бы гамма фотоны участвовали в формировании температуры окружающей среды, то максимально возможная температура была бы равна
. (28)
Если в Природе существует такая температура, то она разрушает не только молекулы и атомы, но и ядра атомов.
Температурное равновесие Вселенной управляется законом равновесия температур (23). Он гласит: произведение температур и длин волн 
или радиусов 
фотонов, формирующих температуру в любых двух точках пространства, – величина постоянная и равная Вот математическая модель этого закона
. (29)
А теперь посмотрим, как в этой модели реализуется Второе начало термодинамики макромира. Согласно этому началу тепло не может перетекать самопроизвольно от холодного тела к нагретому. Поскольку тепло и температуру формирует наибольшая совокупность фотонов, имеющих одинаковые радиусы (рис. 9, а), то выравнивание температур в двух точках пространства ( 
) означает, что равные температуры формируют фотоны с равными радиусами ( 
). Из этого следует такая запись математической модели закона формирования температур в этих точках
. (30)
Физически это означает, что одинаковую температуру в двух точках пространства формирует максимальная совокупность фотонов с равными радиусами, Это полностью согласуется со Вторым началом термодинамики макромира, исключающим повышение тепла в точке пространства за счёт теплых фотонов, самопроизвольно переходящих из другой точки с меньшей температурой.
Таким образом, из начал Термодинамики микромира следуют ясные и точные физические смыслы понятий температура и тепло. Носителями тепла являются фотоны, а максимальная совокупность фотонов с одинаковыми параметрами в данной области пространства формирует температуру в этой области [2].
Жаль, что авторы учебника не пронумеровали его главы. Следующая глава без номера называется «Основы электродинамики». Мы уже показали обилие ошибок по электродинамике в учебнике за 9-й класс [6]. В учебнике за 10-й класс их значительно больше и мы без колебаний утверждаем, что формирование представлений у школьников об электродинамике, изложенной в этом учёбнике, недопустимо.
Многие читатели моего персонального научного сайта давно поняли это. Вот как один из них отразил свою точку зрения.
Здравствуйте Уважаемый Филипп Михайлович! Для меня, после знакомства с ограниченным кол-вом физических изданий (Лекции Фейнмана, учебники Фриша, Я.Б. Зельдовича, книги и статьи о Резерфорде, Эйнштейне, Нильсе Боре, Семье Кюри и учениках Фредерико Жолио-Кюри, о И.В. Курчатове, о Л.Д. Ландау...), Ваше 8-е издание "Начал физхимии микромира" представляется явлением прорывным, революционным с необозримыми сегодня последствиями! Полагаю, это и для большинства!!! С глубоким уважением, А. Д. 16.05.08.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Состоявшуюся часть истории образования, в которой за учебную информацию в школьных и университетских учебниках отвечали академики РАН, уже не изменишь. У Российской Власти один выход - не допускать текущее поколение академиков точных наук РАН к процессу написания, редактирования, рецензирования и издания школьных и университетских учебников по физике, химии и смежным с ними учебным дисциплинам.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 305; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!