Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

ТРИ НАЧАЛА ТЕРМОДИНАМИКИ ОГНЯ И ПАРА

Эта термодинамика «наука наук» - обрекла Землю на удушье и перегрев, оскудение флоры и фауны. Наука ли Она? Сама представляется разделом макроскопической физики - не менее...

Принято такое определение: термодинамика - феноменологическая теория макроскопических процессов, сопровождающихся превращением энергии, т.е. термодинамика - наука об энергии. Но затем уточняют, что поскольку процессы - это изменения внутренней энергии, обусловленной движением составляющих частиц, называемом тепловым, то она - суть наука о тепловом движении. Возникла она из анализа превращений теплоты в работу в паровых машинах. И будучи феноменологической, исходит из данных опыта. Потому базируется на трёх экспериментально установленных Началах. Законами их называть не решаются. В отличие от других наук - термодинамика не имеет аксиоматических обоснований. Не имеет она и легитимных оснований называться термодинамикой, ибо не содержит «время» в своих расчетах. Очевидно, несмотря на широкие обобщения своих методов, термодинамика неприменима к энергетическим процессам, например, в электротехнике. Претендуя на универсальность своих методов - термодинамика не даёт определения понятиям «теплота», «энергия», безусловно однако, различающихся. Энциклопедическое определение «энергия» - общая количественная мера движения и взаимодействия материи. Так что энергия - это теплота в движении, если оставаться в феноменологии термодинамики. Или - теплота - это потенциальная (и не более) энергия. Иных определений нет. Термодинамику не интересует природа теплоты, её генезис: она одинаково описывает процессы «котёл - пар - поршень (лопатка) - холодильник» и для атомного котла и котла локомобиля, в котором сгорает солома.

Первое Начало термодинамики:

Сумма всех видов энергии изолированной системы есть величина постоянная.

Это и есть «закон» сохранения энергии. Он кажется почти очевидным, но затруднено его применение к кусочку радиоактивного вещества.

Второе Начало термодинамики утверждает существование знтропии у всякой равновесной системы. В формулировке Клаузиуса (1850 г.) оно записано так:

Теплота не может самопроизвольно перейти от более холодного тела к более тёплому.

Отсюда, если S - энтропия, то в обратимом цикле S₂-S₁ = DS = DQ/T (Q – теплота, Дж, T – температура, K). Физический смысл её: приведённая теплота, т.е. сколько Джоулей приходится на 1^оK. По существу элементарный показатель, почти примитивный. (В общем случае dDS³Q/Т! исходя от Карно.) Против II Начала первым выступил Дарвин, затем Максвелл предложил мысленное устройство, способное разделять тепло вопреки II Началу. К.Э. Циолковский подробно обосновал ограниченность II Начала и утверждал возможность использования тепла окружающей среды. И по сей день нет ни прибора для измерения энтропии, ни способа её расчёта; довольствуются лишь разностью DS = S₂-S₁.

Для имитации ранга строгой науки основали на теоремах Нернста-Планка ещё и

Третье Начало термодинамики:

При температуре абсолютного нуля энтропия всех веществ в состоянии равновесия равна нулю, т.е. при Т³0, S = S_T=0 = 0.

По основам термодинамики, II Началу, энтропии - уже более полутора веков ведутся нескончаемые дискуссии. Со столь скромными средствами, с тремя Началами и энтропией - термодинамика агрессивно пытается охватить всё необозримое многообразие природных процессов. Один из первых выводов - энтропия стремится к бесконечности, т.е. в любой системе наступает равновесие, исчезает движение - был объявлен доказательством, роковым пророчеством, о грядущей тепловой смерти Вселенной. В понимании энтропии, ранее определённой «царицей теней», много сделал В.Б. Губин. Энтропия - это следствие идеализированного цикла Карно, устанавливающего предельный, не более 1, уровень КПД (h) тепловой машины. Это h - субъективный критерий «полезности», вмешивающийся в природные соотношения. И потому DS - очевидно оценочный, расчётный параметр, демонстрирующий достигнутый уровень контроля, управления теплом в машине. Так с фантома энтропии был снят флёр потустороннего вершителя природных процессов. Полезно подчеркнуть, что Второе Начало имеет не менее 7 формулировок, энтропия - более 5, и «теплота» тоже неоднозначна. Сравнительно недавно в технической термодинамике принят образ «эксэргии»: t = Q(1-Т_с/Т_т), где Т_с - температура среды, Т_т - температура тепла, Q - тепло. Очевидно, при Т_с=Т_т тепло не работоспособно, ибо t = 0. На этом зиждется расхожий тезис о невозможности использования теплоты окружающей среды. Однако, втискивая в узы термодинамики топливные элементы, заведомо однотемпературные устройства, т.е. имеющие h=0, для них почему-то полагают, не существует ограничения по КПД, и его h>1. Причём, в объяснении так и пишут - топливный элемент превращает тепло окружающей среды в электроэнергию; а ведь t отрицательно!

Лобным местом термодинамики был парадокс Гиббса - и всё с той же энтропией: энтропия смеси газов не всегда складывалась, например, при смешении одинаковых газов. Нарушалось коренное свойство аддитивности энтропии более века. Оно и сегодня – полу-объяснено.

Одним из положений термодинамики является тезис о неограниченном росте внутренней энергии тела с ростом температуры; это было почти аксиомой. Но и она оказалась, как пятый постулат Евклида - опровергнутой. Все эти родовые пороки и служат основанием к неприятию категоричности («окончательности») её запретов или предсказаний. Трудно переоценить значимость недавнего обнаружения некоторых систем (спиновых); в этих системах с ростом температуры внутренняя энергия асимптотически стремится к пределу, ибо каждый элемент системы ограничен в своей максимальной энергии. В рамках II Начала, роста DS - вечный двигатель запрещён. Но под напором и новых фактов и неутихающей критики появляются новые редакции II Начала, и появляются модели термодинамики, «усовершенствующие» её (Феноменологическая Термомеханика Улыбина С.А.), но стремящиеся, однако, сохранить энтропию, хотя бы как пассивного «свидетеля». Обратившись к спиновым системам, термодинамика уже считает в теории возможным реализацию вечного двигателя (второго рода Томсона-Планка): в нём положительная работа периодически производится только за счёт охлаждения одного тела (Базаров И.П.). И тем снят запрет очевидного явления.

Правомерно отнести к спиновым системам магнетики и диэлектрики: под действием интенсивного параметра (аналога Т), Н, Е (напряжённости поля) - энергия их растёт не безгранично, а тоже имеет асимптотический предел.

При всём многообразии процессов преобразования теплоты в энергию - термодинамика обосновывает как только единовозможный, организованный поток высокотемпературного рабочего тока на рабочие элементы - устремлённый на низший температурный уровень (холодильник).

Иной энергетики эта техническая термодинамика огня и пара не способна предложить: исчерпан её теоретический ресурс, основанный на трёх зыбких Началах.

Её тяжёлое наследие - губительная энергетика наших дней - всё ж не её Цель, а лишь нежданный итог исторического инженерного развития. Но что можно поставить Ей в вину - это жёсткое - более века - отрицание иных путей, подавление любой антитезы, пользуясь статусом академической Науки. Монополия в науке, политике - это застой, это всегда гангрена...