Принципы притяжения и отталкивания.

1. Суть принципов.

Следующей по сложности формой движения является его перенос, который выражается в распространении обобщенных зарядов (количеств движения различного рода). Причина переноса заключена в наличии всеобщей силовой связи между квантами, а следовательно, и ансамблями зарядов. Наличие силовой связи имеет много важных следствий принципиального характера. В дальнейшем этому вопросу уделяется должное внимание. Здесь обратим внимание лишь на некоторые аспекты этого вопроса, позволяющие уяснить природу процессов переноса зарядов.

Зарядам присуща способность притягиваться и отталкиваться. Благодаря этому, если, например, одноименные заряды (или ансамбли) отталкиваются, происходит их перенос из зоны с большой концентрацией в зону с меньшей. В результате через длительное время устанавливается равномерное распределение зарядов. Наступает так называемое равновесие. Как видим, стремление системы перейти из неравновесного состояния, характеризуемого неравномерным распределением зарядов, к равновесному, для которого характерно равномерное распределение зарядов, есть непосредственное следствие наличия сил отталкивания.

В качестве примера можно привести газ, микроансамбли (молекулы) которого отталкиваются друг от друга. Если какое-то количество газа поместить в определенный участок замкнутого объекта, то через определенное время в результате наличия сил отталкивания молекулы распространятся на весь объем и распределятся в нем равномерно. Неравновесная система (с неравномерным начальным распределением ансамблей) превратится в равновесную.

Если заряды (или ансамбли) притягиваются друг к другу, то происходит их собирание (концентрация) в определенных местах. В результате наблюдается не установление равновесия (равномерного распределения зарядов), а, наоборот, превращение прежде равновесной системы в неравновесную с неравномерным распределением зарядов.

Примером может служить упомянутый выше газ, находящийся в состоянии равновесия. Если от него отводить термический заряд, то наступит момент, когда силы отталкивания, сообщаемые ансамблям (молекулам) термонами, сменятся силами притяжения. В результате газ соберется (сконденсируется) в жидкое или твердое тело, которое сосредоточится внизу объема и система в целом станет неравновесной.

Таким образом, в природе действуют два противоположных принципа – притяжения и отталкивания. Они создают две противоположные тенденции – к установлению равновесия и к его нарушению (к установлению неравновесного состояния). Обе эти тенденции совершенно равноценны и ни одна из них не имеет преимуществ перед другой. Установление равновесия – процесс столь же закономерный, как и процесс нарушения равновесия. Причина этого состоит в том, что заряды (и ансамбли) способны не только отталкиваться, но и притягиваться. Эта их способность зафиксирована в основном постулате.

Отсюда ясно, что не выдерживает критики позиция, когда общие выводы о свойствах и путях развития Вселенной строятся только на одном из упомянутых принципов, имеющим в своей основе тенденцию к установлению равновесия. Эта позиция с необходимостью приводит к выводу о неизбежности тепловой смерти Вселенной. На самом деле в природе действуют два противоположных принципа. Принятие только одного из них – первого – равносильно утверждению, что в природе отсутствуют силы притяжения. Это явный абсурд.

Причина переноса движения.

Благодаря силам отталкивания и притяжения происходит установление равновесия (рассредоточение зарядов) и его нарушение (концентрация зарядов). Это значит, что принципы притяжения и отталкивания ответственны за процесс переноса зарядов: при сосредоточении они перемещаются к определенному месту сбора, а при рассредоточении – в обратном направлении, стараясь удалиться друг от друга на возможно большие расстояния.

Таким образом, причина переноса зарядов (т.е. количеств движения различного рода) кроется в их способности притягиваться и отталкиваться. Эта способность является всеобщей в том смысле, что каждый данный заряд притягивается или отталкивается не только от одноименного заряда или антизаряда, но и от всех остальных зарядов и антизарядов. Количественная сторона эффектов притяжения и отталкивания для одноименных зарядов определяется величинами основных коэффициентов уравнений состояния второго порядка, а для разноименных – величинами перекрестных коэффициентов.

Факт притяжения и отталкивания зарядов объясняет причину, почему они существуют только в виде ансамблей. Силы отталкивания заставляют кванты зарядов рассредоточиваться, занимать как можно больший объем, «искать» себе партнеров по притяжению. Силы притяжения, наоборот, заставляют кванты зарядов собираться в «сгустки», «букеты», представляющие собой ансамбли микрозарядов. То же самое происходит с микроансамблями, которые собираются в макроскопические тела, и т.д.

Очевидно, что определенный ансамбль может содержать в своем составе разноименные кванты зарядов разных знаков. В данном случае играют роль не знаки зарядов, а их способность притягиваться и отталкиваться.

Из сказанного ясно, что эффекты притяжения и отталкивания зарядов занимают в природе важное место. Они являются движущей причиной эволюции движения. Поэтому принципу притяжения и отталкивания могут быть положены в основание той грандиозной картины эволюции живой природы из неживой, которая была в свое время нарисована Пьером Тейяром де Шарденом в книге [22].

Поле потенциала.

1. Определение понятия.

Количественная сторона процессов переноса зарядов может быть установлена на основе изучения свойств поля потенциала.

Под полем некоторой величины понимается совокупность значений этой величины в данный момент. Соответствующей величиной может служить любое свойство движения – заряд, энергия, потенциал, емкость и т.д.

Здесь важно подчеркнуть, что рассматриваемое поле свойств и известное из предыдущего субмикроскопическое поле, характеризующее состояние движения на уровне наномира, ничего общего между собой не имеют. Субмикроскопическое поле также характеризуется полями соответствующих свойств.

Согласно основному постулату, все свойства движения определяются зарядами. Следовательно, первичным является поле заряда, а вторичным – поля всех остальных свойств движения.

В общем случае заряд может быть распределен в системе неравномерно и его величина может изменяться со временем, т.е.

Е = f(х; у; z; t), (199)

где х, у, z - пространственные координаты, м;

t - время, сек.

В этом случае все производные свойства движения также оказываются функциями координат и времени. Для всего последующего важнейшее значение имеет поле потенциала, поскольку потенциал характеризует активность движения и является движущей силой процесса переноса заряда. Поэтому здесь и дальше особое внимание уделяется анализу свойств поля потенциала, которое определяется уравнением

Р = f(х; у; z; t), (200)

Это уравнение характеризует пространственно-временное распределение потенциала в теле, т.е. определяет изменение потенциала в каждой данной точке со временем и дает распределение потенциала во всех точках в каждый данный момент.

Разумеется, определение заряда и потенциала в форме уравнений (199) и (200) не является общим, так как оно не учитывает того факта, что сами координаты и время суть заряды. Уравнения (199) и (200) хорошо отражают действительность в условиях макромира. Они применимы также для микромира, если изучаемые ансамбли содержат весьма большое число метронов и хрононов. Если в ансамбле количества метронов и хрононов исчисляются единицами, тогда вместо соотношений (199) и (200) приходится пользоваться более сложными представлениями. В настоящее время величины квантов пространства и времени неизвестны, поэтому для микромира невозможно установить границы применимости формул (199) и (200). Имея в иду простоту и наглядность представлений, в дальнейших рассуждения будем пользоваться уравнениями (199) и (200).

Частные случаи.

Равенство (200) соответствует нестационарному, или неустановившемуся, полю (режиму) потенциала. В стационарных (установившихся) условиях

¶Р/ ¶ t = 0, (201)

следовательно, уравнение (200) принимает вид

Р = f(х; у; z). (202)

Поля (200) и (202) являются трехмерными, так как потенциал изменяется вдоль трех координат одновременно. В условиях стационарного двухмерного поля

¶Р/ ¶ t = ¶Р/ ¶ z = 0 (203)

Р = f(х; у). (204)

Для стационарного одномерного поля имеем

¶Р/ ¶ t = ¶Р/ ¶ у = ¶Р/ ¶ z = 0 (205)

Р = f(х). (206)

Наконец, система может быть стационарной однородной (заряд распределен в объеме системы равномерно и со временем не изменяется, потенциал имеет одно и то же значение в любой момент времени и в любой точке пространства). Такая система называется равновесной. В условиях равновесия поле зарядов и потенциалов не зависит ни от времени, ни от координат. Ему отвечают равенства:

¶Р/ ¶ t = ¶Р/ ¶ х = ¶Р/ ¶ у = ¶Р/ ¶ z = 0 (207)

Р = const. (208)

В равновесной однородной системе заряд находится в состоянии покоя. При этом активность движения не равна нулю (Р ¹ 0). Если активность движения обращается в нуль, тогда покой называется абсолютным (это состояние соответствует физическому вакууму).

Напор и градиент потенциала.

1. Напор потенциала.

Для переноса существенны неоднородные поля заряда и потенциала. Эта неоднородность может быть вызвана различными причинами, о которых много говорится дальше. Одна из причин неоднородности может заключаться в том, что система и окружающая среда имеют разный состав материала. В этом случае кривая распределения потенциала имеет излом на контрольной поверхности, отделяющий систему от окружающей среды (рис. 2-а и 5).

Рис. 5. Схема определения перепада и напора потенциала.

Изучая свойства и поведение системы, часто можно подробно не вникать в свойства окружающей среды. Например, можно не интересоваться характером распределения потенциала в окружающей среде. Достаточно ограничиться лишь знанием общей разности потенциалов между поверхностью тела и окружающей средой вдали от тела. Эта разность называется напором потенциала и обозначается

dР = Р_с – Р_п, (209)

где Р_с - значение потенциала окружающей среды вдали от системы, где не сказывается возмущающее действие тела на среду;

Р_п - значение потенциала на контрольной поверхности системы (рис. 5).

Понятие напора потенциала на контрольной поверхности очень упрощает многие расчеты и определения.

Перепад потенциала.

При наличии неоднородного поля потенциала в теле общей характеристикой неоднородности может служить разность потенциалов

DР = Р_п – Р_ц, (210)

где Р_п - значение потенциала на поверхности;

Р_ц - значение потенциала в центральной зоне тела.

Эта разность называется перепадом потенциала в системе. Под перепадом обычно понимается максимальная разность потенциалов в сечении тела (рис. 5).

Градиент потенциала.

Если соединить все точки неоднородного поля, обладающие одинаковыми значениями потенциала, то получится поверхность уровня, или изопотенциальная поверхность. Движение вдоль изопотенциальной поверхности не сопровождается изменением потенциала. Переход с одной изопотенциальной поверхности на другую связан с изменением потенциала на величину DР. В общем случае такой переход обусловлен перемещением на расстояние D l. Скорость изменения потенциала на пути D l составляет

D Р/ D l.

Наибольшая скорость изменения потенциала получается при перемещении вдоль направления нормали n к изопотенциальной поверхности (рис. 6). Эта скорость называется градиентом потенциала и обозначается через gradР, причем

½gradР ½ = lim ½ DР/ Dn ½ _Dn _®0 = DР/ Dn. (211)

По направлению градиент совпадает с нормалью, идущей в сторону возрастания потенциала.

Если градиент потенциала не зависит от времен и координат у и z, то из выражения (211) в частном случае получается

½gradР ½ = dР/dх. (212)

Градиент потенциала является чрезвычайно важной величиной, та как через него определяется количество перенесенного заряда и действующая на заряд сила.

Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 209; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 27 28 29 30 313233 34 35 36 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!