Термические уравнения состояния.
Если тело располагает термической степенью свободы, то соответствующее уравнение состояния называется термическим. Для идеального тела при n = 2 термическое уравнение состояния получается из (142):
Т = А QQ Q + А QЕЕ; (144)
Р = АЕ Q Q + АЕЕЕ. (144)
где
А QЕ = АЕ Q.
Здесь первая строчка относится к термической форме движения, а вторая – к любой другой (механической, деформационной, электрической, магнитной и т.д.).
Общее уравнение (144) приводит к одному интересному частному уравнению, которое выводится следующим образом. Положив А QЕ = АЕ Q = 0, из выражений (144) получим:
Т = А QQ Q; (145)
Р = АЕЕЕ. (145)
Опыт показывает, что у большого класса тел с термической степенью свободы коэффициент АЕЕ пропорционален термическому заряду:
АЕЕ = 1/КЕЕ = r Q, (146)
|
|
|
где r - коэффициент пропорциональности.
Из формул (145) и (146) находим искомый вариант термического уравнения состояния:
Р = Е RТ, (147)
где
R = r/А QQ; (148)
А QQ = 1/К QQ = r/R; АЕЕ = 1/КЕЕ = RТ. (149)
В форме (147) можно записать некоторые известные уравнения состояния, если под Е понимать заряд, находящийся в единице объема системы.
Примеры уравнений.
Покажем, что многие широко применяемые уравнения состояния являются частными случаями выведенных выше уравнений. Например, в форме (140) записывается известный закон упругости Гука:
Рд.с = Ахх н/м2, (150)
где Ах – модуль упругости (Юнга), н/м2;
х – относительное удлинение тела.
Из частного уравнения (147) для термомеханической системы (газа) получаем (Р = р; Е = r):
|
|
|
р = r RТ н/м2, (151)
где R – газовая постоянная, дж/(кг×град).
Это известное уравнение Клапейрона-Менделеева, объединяющее газовые законы Шарля, Гей-Люссака и Бойля-Мариотта. Формула (151) называется уравнением состояния идеального газа.
Для термоосмотической системы из уравнения (147) получается формула закона Вант-Гоффа:
р = С RТ н/м2, (152)
где С – концентрация раствора, кг/м3.
В форме (147) определяется давление электронного газа в металлах (электронная теория электропроводности Друде и Лоренца), уравнение типа (147) применяется также для описания термодеформационной (с помощью законов Дюлонга и Пти, Неймана и Коппа), термополяризационной термомагнитной (с помощью закона Кюри-Вейса) и других систем [5].
Из выражений (144) получается следующее уравнение состояния особого идеального газа:
Т = А QQ Q + А Q V V °К; (153)
р = А V Q Q + А VV V н/м2. (153)
|
|
|
где постоянные коэффициенты А определяются выражениями типа (107) и (108):
А QQ = ( ¶Т/ ¶ Q) V град2/дж; (154)
А VV = ( ¶ р/ ¶ V) Q н/м5; (154)
А Q V = ( ¶Т/ ¶ V) Q град2/м3; (155)
А V Q = ( ¶р/ ¶ Q) V град2/м3; (155)
А Q V = - А V Q. (156)
Здесь величины А VV и А Q V отрицательны, так как приращения давления и объема, а также температуры и объема в соответствующих производных имеют различные знаки.
Особенностью уравнения (153) служит то, что оно в качестве равноправного параметра включает в себя термический заряд. При этом температура системы является линейной функцией термического заряда. В этом заключается главное отличие особого идеального газа от обычного, определяемого уравнением (151).
|
|
|
В дальнейшем будут приведены еще несколько примеров уравнений состояния для идеальных макроскопических тел, в частности для трех степеней свободы. Кроме того, будут подробно рассмотрены уравнения состояния для микроскопических тел. Много примеров содержится в работах [4, 5].
Абсолютный нуль потенциала.
1. Определение понятия.
В связи с рассмотренным выше вопросом о нулевом значении заряда возникает целый ряд проблем, касающихся, в частности, симметрии мира, возможности достижения абсолютного нуля потенциала и т.д.
Под абсолютным нулем потенциала понимается нулевая активность движения. При этом очень важно подчеркнуть, что нулевая активность ни в коем случае не предполагает отсутствие движения. Наоборот, движение существует всегда. Оно есть форма бытия материи. Его количеством служит величина заряда.
Согласно второму главному закону, заряд сохраняется неизменным при любой активности движения, в том числе нулевой. Это значит, что элементарные формы движения существуют и могут быть обнаружены при любых значениях потенциалов, включая абсолютный нуль.
Физический вакуум.
На основании изложенного четкий и ясный смысл приобретает понятие физического вакуума. Физический вакуум – это совокупность бесконечного множества зарядов и антизарядов, находящихся в состоянии абсолютного покоя, т.е. при абсолютном нуле потенциалов.
Физический вакуум – это не пустота и не ничто, как думали во времена Торричелли. Вакуум – это целый мир, населенный угасшим по активности движением. Если угодно, то это есть новая модификация мирового эфира, причем данный эфир не имеет ничего общего с тем, который фигурировал в физических теориях конца прошлого века.
При стремлении потенциалов и их разностей к нулю уничтожаются всякие силовые связи и взаимодействия как между ансамблями, так и между квантами зарядов в пределах ансамбля. В результате физический вакуум представляет собой как бы первозданный «кисель» не связанных и не взаимодействующих между собой зарядов и антизарядов. Он есть идеальная среда нулевого сопротивления. Сопротивление возникает лишь при появлении в вакууме объекта с не равными нулю потенциалами, вызывающими силовые и прочие взаимодействия.
Отсутствием силовых взаимодействий между квантами зарядов вблизи абсолютного нуля потенциалов объясняются известные явления сверхпроводимости по отношению к электрическому заряду, термическому заряду (теплоте), потоку жидкости (сверхтекучесть) и т.д. Таких явлений сверхпроводимости фактически существует бесчисленное множество (по числу зарядов). С повышением значений потенциалов (активности) силовые связи между квантами зарядов возрастают, что приводит к увеличению сопротивлений по отношению ко всем зарядам. Это делает в принципе невозможным осуществление высокопотенциальных (например, высокотемпературных) сверхпроводников.
Возбуждение физического вакуума на некотором участке приводит к сообщению абсолютно покоящимся зарядам определенной активности. В результате вакуум как бы расслаивается: плюс- и минус-заряды «подскакивают» на определенные потенциальные (положительные и отрицательные) горки, после чего приобретают способность вновь спускаться по ним к абсолютному нулю, т.е. движение вновь становится активным.
В качестве примера можно сослаться на реакцию образования пары частиц – электрона и позитрона – под действием фотонов высокой энергии. В этой реакции квант электрического заряда (электрон) и его антиквант (позитрон) изменяют свою активность от нуля до некоторой конечной величины.
Высказанные соображения иллюстрируются рис. 3, на котором физическому вакууму отвечает ось абсцисс 0-х. Сообщение обобщенному заряду dЕ (или DЕ) некоторой начальной активности Р ’ делает возможным дальнейшее распространение его в сторону убывающего потенциала Р ”. Аналогично в антимире антизаряд - dЕ (или - DЕ), приобрев начальную активность -Р ’, в состоянии спускаться по своей потенциальной горке в направлении уменьшения абсолютной величины потенциала -Р ”.
Заметив, что в мире (прямая 1) заряд распространяется от большего потенциала к меньшему под действием отрицательной разности потенциалов
dР = Р ” - Р ’. (157)
В антимире (прямая 2) антизаряд распространяется от меньшего значения потенциала к большему под действием положительной разности потенциалов
dР = Р ” - Р ’. (158)
Если говорить об абсолютной величине потенциала, то второй случай в принципе не отличается от первого, ибо антизаряд, подобно заряду, спускается по своей отрицательной потенциальной горке от большего абсолютного значения потенциала к меньшему.
Вопрос о том, какой мир считать положительным и какой отрицательным, - это чистая условность. Принимается, что наш мир находится в области положительных значений потенциала, а антимир – в области отрицательных.
 |
Рис. 3. Схема распространения заряда в мире (верхняя половина рисунка)
и антимире (нижняя половина рисунка).
Симметрия мира.
Фундаментальный закон сохранения заряда требует, чтобы в природе общее количество различных зарядов сохранялось неизменным. Четвертый (дополнительный) постулат общей теории утверждает наличие определенной симметрии в движении. Эту симметрию можно понимать как факт существования равных количеств положительных и отрицательных зарядов. Такое понимание ниоткуда не вытекает. Тем не менее трудно представить себе картину мироздания, в которой какое-то направление (или свойство) обладало бы преимуществами перед другим. Поэтому более естественным является предположение, что общее количество любого данного заряда равно общему количеству его антизаряда.
Фундаментальный закон сохранения энергии в свою очередь утверждает, что обобщенная количественная характеристика суммарного движения мироздания остается постоянной. Логично предположить, что ни мир, ни антимир не обладают преимуществами друг перед другом. Поэтому естественно считать, что энергия мира равна и противоположна по знаку энергии антимира.
Таким образом, под симметрией мира можно понимать следующее: в абсолютно симметричном мире суммарная величина любого данного заряда равна суммарной величине его антизаряда и суммарная энергия, характеризующая движение, равна суммарной энергии, характеризующей антидвижение. Из такого определения симметрии мира должны вытекать многочисленные весьма важные следствия. Некоторые из них поддаются непосредственной экспериментальной проверке.
Прежде всего обратим внимание на то обстоятельство, что из закона постоянства зарядов (количеств движения) и энергии каждого из миров вытекает необходимость сохранения неизменной некоторой суммарной характеристики активности всех форм движения. Это можно видеть, например, из уравнений (170) и (175) первого закона, выраженных через активности. Однако отсюда вовсе не следует, что суммарная активность каждого отдельного элементарного движения также сохраняется. Было бы весьма логично предположить, что в необозримой Вселенной действует также закон сохранения суммарной активности любого данного элементарного положительного и отрицательного движения. Однако доказать справедливость этого закона не очень-то просто.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 179; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!