Аккумулирование электричества 33 страница
Как указывалось выше, один из источников, из которого можно вывести энергию ионизации, - тепловая энергия самой ионизированной материи. В главе 5 мы видели, что тепловое движение всегда направлено наружу. Следовательно, оно соединяется с ионизацией в оппозиции к базовым вращательным движениям вовнутрь атомов, и до некоторой степени чередуется с ионизацией. Количество энергии, требующееся для ионизации материи, варьируется в зависимости от структуры атома и существующего уровня ионизации. Поэтому, каждый элемент обладает рядами уровней ионизации, соответствующих последовательным единицам вибрации вращения. Когда концентрация тепловой энергии (температура) совокупности достигает такого уровня, влияния, которым подвергаются атомы, обладают достаточной энергией, чтобы вынуждать линейное тепловое движение преобразовываться в вибрацию вращения, ионизируя некоторые атомы. Дальнейшее повышение температуры создает ионизацию дополнительных атомов совокупности и дополнительную ионизацию (больше зарядов на те же атомы) ранее ионизированной материи.
Тепловая ионизация имеет лишь небольшую важность в земном окружении, но при высоких температурах, превалирующих на Солнце и других звездах, температурно ионизированные атомы, включая положительно* заряженные атомы элементов Деления IV, многочисленны. По существу, при таких температурах, условия ионизации обычны, и в каждом из расположений звезд имеется общий уровень ионизации, определенный температурой. На поверхности Земли уровень электрической ионизации равен нулю, и за исключением некоторых особых случаев среди субатомных частиц, любой атом или частица, обретающие заряд, будучи в газообразном состоянии, пребывают в неустойчивом положении. Это убирает заряд при первой же возможности. В другом месте, где превалирующие температуры соответствуют уровню ионизации двух единиц, самым устойчивым положением является двойное ионизированное состояние. И любые атомы выше или ниже этой степени ионизации стремятся убирать или обретать заряды в степени, необходимой для достижения устойчивого уровня.
|
|
|
Поскольку вибрация вращения, которую мы знаем как ионизацию, - это в основном движение, противоположное вращательному движению атома, ионизация не может превышать итоговое действующее положительное* смещение (атомный номер). В регионе, где уровень ионизации очень высок, более тяжелые элементы обладают значительно большим содержанием положительного* смещения в форме ионизации при данной температуре, чем элементы с более низкой массой. Это положение оказывает важное влияние на цикл жизни элементов, его мы будем обсуждать позже.
|
|
|
В ядерной теории атомной структуры, ныне принятой физиками, “ядра” атомов окружены числом электронов, равным атомному номеру элемента. Ионизация рассматривается как процесс отделения электронов от атома. На этом основании максимальная степень ионизации достигается тогда, когда удалены все электроны и остается только ядро. Это правдоподобная гипотеза. И на первый взгляд, ее правдоподобие говорило бы в пользу ядерной теории. Однако следует осознать, что любая надежная теория атомной структуры имела бы то же объяснение ионизации, отличаясь лишь языком выражения. Такая теория должна определять сущности, которые прибавляются или убираются из атома при увеличении атомного номера. Тогда последовательное прибавление или удаление этих сущностей объясняет ионизацию. В ядерной теории, рассматривающей атом как набор частиц, такими сущностями являются электроны. В теории вселенной движения, считающей атом комбинацией движений, электроны являются единицами вращательного движения. Любой другой сформулированной теории потребовалось бы определить сущность, которая могла бы прибавляться или убираться единица за единицей. То есть, процесс ионизации согласовывался бы с любой теорией. Следовательно, он ничего не подтверждает.
|
|
|
В земных условиях каждый уровень ионизации каждого элемента обладает конкретным потенциалом ионизации, представляющим количество энергии, требующееся для достижения ионизации. Сейчас допускается, что эти величины являются фиксированными естественными отношениями и постоянны для всех условий. Теоретический статус данного допущения в контексте теории Обратной Системы еще не прояснен. Оно может быть правомочным для газообразного состояния. Однако измеренные уровни ионизации очевидно не применимы к ионизации в состоянии конденсированного газа - в состоянии, при котором молекулы газа находятся на одинаковом расстоянии (равном единице) друг от друга. Физические отношения в таком состоянии очень отличаются от состояний в обычном газе, включая переворот всех скалярных направлений. Таким образом, сейчас все, что мы можем сказать о потенциале ионизации в этом состоянии, - каждый последующий уровень ионизации должен включать увеличение энергии. Как мы увидим в томе 3, материя большинства наблюдаемых звезд пребывает в состоянии конденсированного газа.
Связь между температурой и степенью ионизации позволяет пользоваться ионизацией, которую спектроскопически можно наблюдать как измерение температуры поверхности звезд. Например, гелий при температуре ниже 12.000ºК не ионизируется. При температуре около 35.000ºК он пребывает в форме гелия II (единично ионизированный). При еще более высоких температурах он дважды ионизируется (гелий III). Другие элементы обладают похожими паттернами ионизации. Следовательно, смесь ионов, наблюдаемая в спектре звезды, указывает на область температуры на поверхности звезды. Сообщается, что звезды класса О, пребывающие в области вплоть до 80.000ºК, содержат N II, O II, C II и Si III, а также ионы гелия и водорода.
|
|
|
Однако следует понять, что связь между ионизацией и температурой прочно поддерживается лишь тогда, когда ионизация создается температурой. В астрономической литературе имеются ссылки на “температуры ионизации”, но это просто температурные эквиваленты уровней ионизации. Пока ионизация создается температурой, они не указывают на реальную температуру. Уровень ионизации – это отражение силы ионизирующего фактора, каким бы он ни был. Если этот фактор – тепловая энергия, тогда ионизация – это измерение температуры. Но если ионизирующий фактор – излучение, уровень ионизации – это измерение силы излучения, а не температуры.
В томе 3 мы столкнемся с неким видом непонимания, когда речь зайдет о связи между температурой и созданием рентгеновских лучей. Когда рентгеновские лучи создаются термально, между испусканием x-лучей и температурой имеется реальная связь. Но здесь, вновь, если x-лучи создаются каким-то другим фактором, это свидетельствует о связи между испусканием x-лучей и силой другого фактора, она не зависит от температуры. Важность этого положения в том, что испускание x-лучей сейчас рассматривается как указание на высокую температуру в случаях, когда процесс создания x-лучей неизвестен; даже в случаях, когда условия таковы, что температура для теплового создания x-лучей невозможна. Температуры в миллионы градусов выведены из наблюдений x-лучей в местах, где реальный температурный уровень не может быть больше, чем несколько градусов выше абсолютного нуля.
“Температура” без определяющего прилагательного – это особо определяющая концепция, и именно такое определение температуры входит в разные температурные связи. Использование других видов “температуры” абсолютно правомочно, если они надлежащим образом определены подходящим прилагательным, как в выражении “температура ионизации”. В главе 24 мы будем вводить альтернативный вид температуры – “магнитную температуру”. Следует осознать, что эти “температуры” обладают своими наборами свойств. К ним не относятся тепловые отношения. Например, общий закон газа относится лишь к температуре в обычном (тепловом) смысле. Он выражается как PV = RT, где P – это давление, V – объем, Т – температура, а R – газовая константа. Из этого закона очевидно, что высокая температура может быть получена в данном объеме газа лишь при высоком давлении. В межзвездном и межгалактическом пространстве давление, действующее на крайне разреженную среду, около нуля. Из общего уравнения газа видно, что температура должна быть на соответственно низком уровне. Температуры в миллионы градусов в регионах, о которых сообщается, абсолютно нереалистичны, если означают “температуру” в термальном смысле.
Путаница, существующая в этой сфере, возникает за счет неспособности четко различать разницу между двумя видами векторного движения, в которых участвуют частицы газа. Составляющие частицы участвуют в поступательном движении газообразных совокупностей в целом. Обычно понимается, что это не тепловое движение; то есть, быстродвижущаяся совокупность может быть относительно холодной. Атом или частица, независимо движущиеся в пространстве, рассматриваются точно так же. Их свободное поступательное движение не имеет теплового значения. Тепловое движение – результат сдерживания распространения. Это направленно распределенное случайное движение, возникающее в результате ограничения движения в объеме в определенных пределах. Давление – это измерение сдерживания распространения. Следовательно, температура, мера теплового движения, - это функция давления, что указывалось в законах газа. Высокой температуры можно достичь лишь при высоком давлении. Если часть или весь газ в совокупности удаляется из ограничения распространения, его составляющие движутся наружу не направленно, и тепловое движение превращается в линейное поступательное движение. Температуры и давления соответственно уменьшаются.
Картина природы электрических зарядов и ионизации, которую мы вывели из постулатов теории вселенной движения, очень отличается от ныне принятого объяснения этих феноменов, страдающего избытком гипотез, сформулированных в начале исследования электричества на основе ограниченной доступной эмпирической информации. Первые исследователи в этой области отождествили отрицательные* заряды с электронами, а положительные* заряды с атомами материи. Потом обнаружили, что атомы определенных элементов подвергаются спонтанному распаду, при котором наряду с другими продуктами испускаются электроны. На основании эмпирических открытий научное сообщество приспособило ранее упомянутую гипотезу, в которой положительные* заряды приписываются атомным “ядрам”, а отрицательные* заряды – электронам. Затем положительные* и отрицательные* ионизации приписывались соответственно недостатку или избытку электронов.
Одной из нарушающих характеристик этого объяснения было большое несоответствие в размерах единиц двух сущностей, определенных как носители зарядов. Роли, играемые положительными* и отрицательными* зарядами в теории, были, по сути, обратными по природе. Допускалось, что носитель положительного* заряда протон обладает массой почти в две тысячи раз больше массы отрицательно* заряженной частицы – электрона. Поэтому, когда был обнаружен положительный* аналог электрона - позитрон, физики вздохнули с облегчением. Однако они не осознали, что открытие, восстанавливающее симметрию, которую следовало ожидать в природе, разрушило основы ортодоксальной теории. Сейчас очевидно, что положительный* заряд – это такая же реальность, что и отрицательный* заряд, а не просто нехватка электронов, как утверждает теория.
Хотя открытие позитрона решило одну из проблем симметрии, оно создало другую проблему, еще более трудную. Ввиду того, что электрон и позитрон пребывают в обратном отношении, насколько мы можем сказать, казалось бы, они должны появляться в равных количествах. Но в нашем окружении позитронов мало, а электронов много. Традиционная наука не имеет ответа на эту проблему кроме простых умозаключений. Из теории вселенной движения мы находим, что асимметричное распределение электронов и позитронов, и положительных* и отрицательных* зарядов в целом, происходит не за счет любой неотъемлемой разницы в характеристике движений, составляющих заряды, а является следствием того факта, что итоговое смещение вращения атомов обычной материи происходит во времени; то есть, оно положительное. Следовательно, заряды, обретаемые атомами в процессе ионизации, тоже положительные*, за исключением относительно немногих примеров, когда отрицательная* ионизация возможна из-за существования отрицательного электрического смещения вращения надлежащей величины в структурах определенных атомов. Положительно* заряженные субатомные частицы, позитроны, редки вблизи материальных атомов потому, что их итоговое временное смещение вращения совместимо с базовой структурой атомов, и они легко поглощаются при контакте. Соответствующие отрицательно* заряженные частицы материальной системы, электроны, имеются в изобилии, поскольку их пространственное смещение годно к употреблению в структурах материальных атомов лишь в очень ограниченной степени.
Очевидно, что оба механизма, обсужденные на предыдущих страницах, выборочное введение позитронов в структуру материи, оставляющее избыток свободных электронов, и механизм ионизации, создающий лишь положительные* ионы в условиях высокой температуры (при которых происходит большинство процессов ионизации), несовместимы с существованием закона, требующего абсолютного сохранения заряда. Это расстроит многих людей, потому что законы сохранения обычно рассматриваются как прочно установленные основные физические принципы. Поэтому прежде, чем переходить к другим темам, будет уместно рассмотрение этой проблемы.
В традиционной физической науке законы сохранения эмпирические. Как выразился один физик:
“Мы прибывает в курьезной ситуации. Мы знаем законы сохранения, но не знаем стоящей за ними динамичной основы; то есть, мы не знаем виды симметрий, ответственные за них”.60
Хотя законы сохранения удержали свой начальный статус как важные фундаментальные принципы физики на фоне огромного расширения научного знания, имевшего место в двадцатом веке, общее понимание их природы подверглось значительному изменению. Любая эмпирическая обоснованная связь или вывод всегда подвергается модификации в результате новых открытий. Именно это и произошло с законами сохранения. Например, думали, что закон сохранения энергии непоколебим. В учебнике 1919 года говорится: “В изолированной системе никогда не наблюдалось ни обретения, ни потери энергии”.61 Это утверждение больше не истинно. Мы обнаружили, что масса и энергия взаимозаменяемы. То есть, одна может увеличиваться за счет другой. Поэтому закон сохранения следует переопределить. Как выразился Эрик М. Роджерс:
“В самой полной форме вы можете рассматривать его (сохранение энергии) не более чем обобщением эксперимента; он расширился до статуса соглашения, принятой схемы энергии, определенной так, что (по определению) общее количество остается постоянным”.62
Сейчас часто утверждали, что нам не следует говорить о сохранении массы или сохранении энергии, а только о сохранении массы-энергии. Однако превращение одной из сущностей в другую происходит лишь при условиях, которые в земном окружении абсолютно исключительные, а отдельные законы сохранения применимы при всех обычных обстоятельствах. Поэтому, казалось бы, уместно, устанавливать законы индивидуально, как в прошлом, и квалифицировать утверждения так, чтобы ограничить применение законов в ситуациях, в которых сохранения отсутствуют, или отделять их от другой формы движения.
Те же соображения относятся к электрическим зарядам. Имеется широкая сфера физической активности, в которой поддерживается сохранение заряда. Конечно, ныне превалирует точка зрения, что сохранение заряда абсолютно, как указывалось в нижеприведенном утверждении:
“Закон сохранения электрического заряда констатирует, что невозможно изменить общее количество электрического заряда в мире, даже в мельчайшей степени”.63
Наше открытие состоит в следующем: Все физическое величины с размерностями t/s, включая электрический заряд, эквивалентны и при надлежащих условиях равнозначны кинетической энергии. Хотя энергия и заряд индивидуально сохраняются в определенной сфере физических процессов, имеется целый ряд процессов, в которых величина t/s сохраняется, но изменения происходят в величинах вспомогательных количеств, таких как заряд или кинетическая энергия за счет превращения одного в другое.
Закон сохранения электрического заряда справедлив, где бы ни происходило превращение, и продолжал существовать потому, что такой природой обладают обычные электрические процессы. Наблюдение, наиболее повлиявшее на вывод, что сохранение заряда абсолютно, - существование процессов, при которых положительный* и отрицательный* заряды создаются в парах и вместе разрушаются. Единица отрицательного* заряда – это единица скалярного движения наружу во времени. Единица положительного* заряда – это единица скалярного движения наружу в пространстве. Поскольку два движения направлены противоположно от естественной нулевой точки, комбинация двух единиц становится итоговым общим движением (измеряемым как энергия или скорость) нуля на естественной шкале. Таким образом, создание или нейтрализация такой пары зарядов не включает изменение общего итогового заряда или энергии. Это еще один пример того, что мы назвали процессом нулевой энергии.
Еще один пример – процесс индукции, описанный в главе 16. Как объяснялось, внешний, положительный* заряд индуцирует вибрацию вращения (заряда), которая положительно* связана с каждым из атомов объекта, подвергающегося заряду, а отрицательный* заряд связан с подвижными единицами пространства (электронами), в котором находятся некоторые атомы. Тогда силы притяжения и отталкивания, возникающие за счет внешнего изменения, вынуждают каждую из комбинаций атом-электрон разделяться на пары положительно* и отрицательно* заряженных сущностей. Можно видеть, что этот процесс не меняет итогового количества электрического заряда. Объект (комбинация движений) с нулевой итоговой вибрацией вращения (зарядом) разделяется на два компонента, итоговый общий заряд которых равен нулю.
Однако очевидно, что существуют и процессы особого вида, и тот факт, что в таких процессах заряд сохраняется, не указывает на то, что заряд сохраняется всегда. Представляется, наилучшим решением вопроса сохранения было бы осознание того, что каждый из уже сформулированных законов сохранения правомочен в определенных пределах и, следовательно, обладает конкретной областью полезности. А также формулировать каждый из законов в такой форме, чтобы его применение ограничивалось областью условий, в которой не происходит превращения одних форм вовлеченных движений в другие.
Хотя вышесказанное представляет собой значительное ограничение области применения закона сохранения заряда, имеется обширная сфера физических явлений, в которых электрический заряд сохраняется, поскольку процессы, включающие заряды с итоговым общим t/s в форме электрического заряда, ограничиваются в основном процессами, происходящими при очень высоких температурах или очень больших кинетических энергиях.
Одна из важных областей, в которых электрический заряд сохраняется, - ионизация в жидкостях. Например, молекулы простого химического соединения, такого как соляная кислота (HCl), состоят из двух компонентов, в данном случае атома водорода и атома хлора, ориентированных по способу, описанному в томе 1, и удерживаются вместе силами сцепления, обсужденными в главе 1 данного тома. В жидком состоянии молекулы движутся независимо, подвергаясь ограничениям, налагаемым природой данного состояния материи. Действующее вращение атома водорода, ориентированного в соляной кислоте, положительное, а атома хлора – отрицательное. Следовательно, при разделении, эти компоненты молекулы способны принимать соответственно положительные* и отрицательные* заряды.
Молекулы в жидкой совокупности пребывают в постоянном движении и часто сталкиваются друг с другом. Определенный процент столкновений, зависящий от температуры, обладает энергией, достаточной для разрыва связей между молекулярными компонентами и разделения каждой молекулы на две части. Обычно части сразу же образуют новые комбинации, но если атом находится в единице пространства электрона, столкновение передает вибрацию вращения каждому из компонентов. (Как отмечалось в главе 13, такие вибрации вращения, электрические заряды, часто создаются при разных видах контактов.) Вибрация вращения – это положительное движение атома водорода относительно связанного пространства электрона и отрицательное* движение электрона относительно атома хлора. Таким образом, создание зарядов – это процесс нулевой энергии, он не прибавляется к энергии системы.
Дата добавления: 2018-09-20; просмотров: 306; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!