Отсутствие скрытых теплот агрегатных превращений.

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 4

Наша модель агрегатных превращений «кристалл-жидкость» и «жидкость-газ» даёт, наконец, теоретическое обоснование одной их важной особенности, с которой находятся в противоречии все традиционные учебники по термодинамике и справочники по теплотехнике. Эта особенность такова: агрегатные превращения не сопровождаются тепловыми эффектами, т.е. в Природе нет скрытых теплот агрегатных превращений.

Нам возразят, что химик Блэк ещё «в 1762 г. открыл, что при переходе воды в пар поглощается некоторое количество теплоты, названной им «латентной теплотой испарения» [11]. Но это «открытие», на наш взгляд, было основано на недоразумении: «некоторое количество теплоты» при долгом кипении воды требуется не на испарение, как таковое, а на поддерживание кипения – без чего кипение быстро прекращается. На другом недоразумении было основано и последовавшее затем «открытие» скрытой теплоты плавления льда.

Из нашей же модели с очевидностью следует, что для того, чтобы расплавить кристалл, достаточно нагреть его до температуры плавления – и он расплавится самостоятельно, не требуя подведения к нему дополнительной энергии на само плавление. Аналогично, если нагреть жидкость до температуры кипения – и поддерживать эту температуру – то жидкость выкипит вся без дополнительных энергозатрат на само испарение в процессе кипения. Соответственно, и обратные агрегатные превращения, конденсация и кристаллизация, никаким «выделением тепла» не сопровождаются. Об этом мы уже говорили ранее, для случая воды, с практическими примерами [3,12]. В [3] мы назвали причину охлаждения вещества при испарении. В [12] изложена логика тех горе-исследователей, с подачи которых наличие скрытых теплот агрегатных превращений до сих пор считается научной истиной.

Тем, кто верит в эту «научную истину», во-первых, напомним, что в холодильных установках, в которых используется испарение-конденсация хладагента, охлаждающий эффект достигается отчего-то не за счёт скрытых теплот этих превращений, а за счёт понижения температуры хладагента в результате его дросселирования. Во-вторых, предлагаем существенно снизить остроту мировых энергетических проблем – с помощью «сверх-единичных» устройств, использующих, например, следующий агрегатный цикл. На старте цикла, рабочая жидкость должна находиться при температуре, ненамного превышающей точку кристаллизации. Следует приложить к этой жидкости небольшое избыточное давление – чтобы новая пара значений «давление-температура» соответствовала твёрдой фазе. Тогда жидкость должна кристаллизоваться. Тепло кристаллизации следует отбирать теплоносителем и использовать, как полезный энерговыход. После отбора тепла кристаллизации следует снять избыточное давление и, таким образом, восстановить значения «давление-температура», при которых реализуется жидкая фаза. Соответственно, рабочее вещество должно расплавиться. Если ему для этого требуется «теплота плавления», пусть эта теплота заимствуется из окружающей среды. Расплавившись, рабочее вещество возвратится на старт цикла. Энергозатраты на создание избыточного давления в жидкости могут быть на несколько порядков меньше «тепла кристаллизации» - поэтому, в результате многократного повторения описанного цикла, потребитель мог бы получать почти дармовую тепловую энергию.

Вы всё ещё верите в реальность скрытых теплот агрегатных превращений?

Небольшое обсуждение.

Может показаться невероятным, что ключевую роль для агрегатных превращений играют не энергии теплового движения молекул – как нас учили ещё в школе – а энергии квантов теплового возбуждения молекул. Но именно на этом допущении основана наша универсальная модель, которая охватывает сразу весь спектр агрегатных состояний и превращений. То или иное агрегатное состояние диктуется планковским распределением – точнее, положением и шириной полосы частот квантов теплового возбуждения – при текущей температуре. Из монотонной температурной зависимости у положения и ширины планковской полосы частот (Рис.2) сразу следует монотонность температурной зависимости свойств жидкости, как промежуточного состояния между газом и кристаллом. «Если сходство жидкостей с газами при высоких температурах и не слишком высоких давлениях… является неоспоримым фактом, то, с другой стороны, столь же бесспорным фактом является сходство их с твёрдыми кристаллическими телами при температурах, близких к температуре кристаллизации… Являясь фазой, промежуточной между твёрдой и газообразной, жидкость, естественно, обнаруживает непрерывную гамму переходных свойств, примыкая на одном конце… к газам, а на другом… - к твёрдым телам» [14].

Уместно добавить, что наша модель, говорящая о статической коллективной сцепке молекул в кристалле и об их динамической коллективной сцепке в жидкости, допускает снижение температурной точки превращения жидкости в кристалл, т.е. допускает феномен переохлаждённой жидкости. По логике нашей модели, статическая сцепка молекул невозможна выше точки плавления, но ниже этой точки вполне возможна динамическая сцепка, с неуспокоенной динамикой квази-твёрдых кластеров.Вот почему точка плавления является характеристической, а точка кристаллизации может быть сдвинута вниз: «Расплавы можно переохлаждать ниже T_f на десятки и даже сотни градусов без наступления спонтанной кристаллизации… В то же время неоднократно было проверено, что твердые тела нельзя заметно перегреть, выше T_f они обязательно расплавляются» [11].

Обратим внимание: если, согласно нашей модели, в вопросах агрегатных состояний и превращений ключевую роль играет планковская температура [15], а не максвелловская, то, например, для конденсации газа следует, после обеспечения близкого соседства молекул, понизить именно планковскую температуру, т.е. следует уменьшить энергии квантов теплового возбуждения молекул. Но обычно на практике, например, при конденсации на холодной поверхности, в первую очередь понижается максвелловская температура, а планковская уже подстраивается к ней через тепловую релаксацию.

Наконец, если сцепка молекул в конденсированных средах является, как утверждает наша модель, коллективным эффектом, то отсюда немедленно следует наличие аномалий в агрегатных превращениях при условиях, когда количество молекул в образце достаточно мало. И, действительно, на опыте наблюдаются значительные сдвиги температурных точек плавления-кипения у сверхмалых образцов – этот феномен до сих пор не нашёл разумного объяснения в рамках традиционных подходов.

Заключение.

Вышеизложенная модель агрегации молекул в конденсированных средах, объясняющая причины агрегатных превращений, прямо следует из наших представлений о химической связи [9]; она основана на двух положениях:

1) пары атомов, связанные химической связью, представляют собой, в электрическом отношении, диполи, у которых дипольные моменты осциллируют – с инверсиями направленности – на частотах квантов теплового возбуждения;

2) коллектив таких диполей, через коллективное взаимодействие, стремится уменьшить свою электрическую энергию, поэтому в низкотемпературной области обеспечивается плотная упаковка молекул и их коллективная сцепка – статическая, дающая твёрдую фазу, или динамическая, дающая жидкую фазу.

Наша модель является, пока что, качественной – в частности, мы не привели формул для расчёта температурных точек плавления-кипения у конкретных веществ. Заметим, что, в рамках традиционных подходов, точки плавления-кипения «предсказываются» лишь у высших представителей гомологических рядов – методом экстраполяции, без какого-либо физического обоснования. Мы, в свою очередь, предлагаем физическое обоснование, но предсказание точек плавления-кипения осложняется тем, что они определяются комбинациями ряда параметров, которые совершенно не изучены. К тому же, мы рассмотрели случай только самых простых молекул – двухатомных, с одинарной химической связью.

Но, несмотря на недоработки нашей модели, она предлагает универсальный подход, который приоткрывает сущность сразу всех агрегатных превращений. При этом, качественно объясняется ряд особенностей, загадочных с позиций традиционных подходов.

Поэтому, вышеизложенная модель агрегатных превращений представляется нам наиболее адекватной экспериментальным реалиям.

Автор благодарит С.М.Гаврилкина за полезное обсуждение.

Ссылки.

1. А.А.Гришаев. Металлы: нестационарные химические связи и два механизма переноса электричества. – Доступна на данном сайте.

2. А.А.Гришаев. К вопросу о механизме детонации. – Доступна на данном сайте.

3. А.А.Гришаев. Новый взгляд на структуру и аномальные свойства воды. – Доступна на данном сайте.

4. А.А.Гришаев. О структуре и свойствах щёлочно-галоидных кристаллов: физическая связь между атомами – Доступна на данном сайте.

5. А.А.Гришаев. Обеспеченность стационарных химических связей в молекулах. – Доступна на данном сайте.

6. А.И.Китайгородский. Молекулярные кристаллы. «Наука», М., 1971.

7. Т.Коттрелл. Прочность химических связей. «Изд-во иностранной литературы», М., 1956.

8. Р.Кристи, А.Питти. Строение вещества: введение в современную физику. «Наука», М., 1969.

9. А.А.Гришаев. Новый взгляд на химическую связь и на парадоксы молекулярных спектров. – Доступна на данном сайте.

10. А.А.Гришаев. Зарядовые разбалансы в «нейтральных» атомах. – Доступна на данном сайте.

11. А.Уббелоде. Плавление и кристаллическая структура. «Мир», М., 1969.

12. О.Х.Деревенский. Догонялки с теплотой. – Доступна на данном сайте.

14. Я.И.Френкель. Кинетическая теория жидкостей. «Наука», Л., 1975.

15. А.А.Гришаев. О максвелловской и планковской температурах, тепловом равновесии и роторных теплогенераторах. – Доступна на данном сайте.

Дата добавления: 2019-11-16; просмотров: 83; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 34

Мы поможем в написании ваших работ!