Академическая и новая российская термодинамики

АКАДЕМИЧЕСКАЯ И НОВАЯ РОССИЙСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКИ

Канарёв Ф.М.

kanarevfm@mail.ru
Анонс. Представленная научная информация – следствие мощи российского не академического научного интеллекта и убедительное доказательство рабовладельческой интеллектуальной роли академиков точных наук РАН: математиков, физиков, химиков и их коллег по смежным наукам в торможении развития науки и образования в России. Термодинамика микромира, радикально меняет давно сложившиеся представления о термодинамике макромира.

АКАДЕМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА МАКРОМИРА

РОССИЙСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА МИКРО И МАКРО МИРА

РАН имеет только термодинамику макромира и не имеет термодинамики микромира. Рис. 1. Цикл Карно в координатах T—S Рис. 2. Цикл Карно в координатах P и V КПД тепловой машины Карно Количество теплоты, полученное рабочим телом от нагревателя при изотермическом расширении, равно . Аналогично, при изотермическом сжатии рабочее тело отдаёт холодильнику . Отсюда коэффициент полезного действия тепловой машины Карно равен Он не может быть больше 1 Термодинамика микромира легко доказывает ошибочность этого академического результата. Поскольку фотон обладает массой, то электрон, находясь в молекуле и излучая фотоны при охлаждении молекулы, уменьшает свою массу, а значит и массу молекулы. Таким образом, холодные молекулы имеют массу меньше, чем горячие. Этот факт проявляться в Природе и в технических устройствах с вращающейся жидкостью, водой например. Центробежная сила инерции приближает горячие, более массивные молекулы воды к наружной стенке трубы, а холодные – к её оси (рис. 1). Рис. 1. Сепаратор молекул по массе и температуре Экспериментально доказано, что энергия нагретой части воды в этом случае повышает КПД этого устройства до КПД = 1,2-1,3. Это явное нарушение второго начала термодинамики. Рис. 2. Американский график излучения Вселенной Этот график (рис. 2) - яркое доказательство нищеты научного мышления на английском языке. Американцы изменили направление оси ОХ на противоположное. С увеличением длины оси ОХ длины волн фотонов уменьшаются. Результат – полное нарушение логики научного мышления, исключающей возможности для логических сравнений всех величин на этом графике с изменениями их в нормальных осях координат. Ниже - мощь логичности научного мышления на русском языке, которая представила американскую экспериментальную зависимость излучения Вселенной в нормальном для логического мышления - русском виде. Рис. 3. Русский график излучения Вселенной Перевод американских экспериментальных данных излучения Вселенной в русло русской логики родил новую науку термодинамику микромира, которая не могла родиться из американского графика (рис. 2) с перевёрнутой логичностью. А К А Д Е М И Ч Е С К А Я П У С Т О Т А А К А Д Е М И Ч Е С К А Я П У С Т О Т А А К А Д Е М И Ч Е С К А Я П У С Т О Т А А К А Д Е М И Ч Е С К А Я П У С Т О Т А А К А Д Е М И Ч Е С К А Я П У С Т О Т А А К А Д Е М И Ч Е С К А Я П У С Т О Т А А К А Д Е М И Ч Е С К А Я П У С Т О Т А

8.1. Вводная часть Термодинамика макромира освоена давно и изучена основательно. Термодинамика микромира только разрабатывается. Их объединяют фундаментальные понятия тепло и температура, чёткий физический смысл которых появился лишь в начале рождения термодинамики микромира. В результате появилась возможность установить связь между термодинамиками макро – и микромира. 8.2. Закон излучения абсолютно черного тела – закон классической физики Рис. 107: а) графическая модель абсолютно черного тела; b) – зависимость плотности излучения абсолютно чёрного тела от длины волны, излучаемых фотонов Несовместимость непрерывного волнового процесса излучения с парциальным процессом явилась веским основанием для признания кризиса классической физики. С этого момента физики начали полагать, что сфера действия законов классической физики ограничена макромиром. В микромире, считают они, работают другие, квантовые законы, поэтому физика, описывающая микромир, должна называться квантовой физикой. Следует отметить, что Макс Планк пытался разобраться со смесью таких физических представлений и вернуть их на классический путь развития, но ему не удалось решить эту задачу. Спустя почти сто лет нам приходится констатировать, что граница между законами классической и квантовой физики до сих пор не установлена. По-прежнему испытываются значительные трудности при решении многих задач микромира и многие из них считаются не разрешимыми в рамках сложившихся понятий и представлений, поэтому мы вынуждены возвратиться к попытке Макса Планка выполнить вывод математической модели закона излучения абсолютно черного тела на основе классических представлений. Прежде всего, приведем формулу Релея - Джинса, которая удовлетворительно описывает экспериментальную закономерность низкочастотного диапазона излучения (рис. 107). Основываясь на волновых представлениях об электромагнитном излучении, они установили, что энергия , заключенная в объёме  абсолютно черного тела, определяется зависимостью , (202) . (203) Макс Планк нашёл более точную экспериментальную зависимость  . (204) Как видно, выражение  в формуле (204) играет роль некоторого существенного дополнения к формуле (203) Релея - Джинса, суть которого сводится к тому, что  - энергия одного излученного фотона. В результате математическое выражение константы Планка принимает вид (205) Как видно, константа Планка имеет явную механическую размерность момента импульса. Хорошо известно, что постоянством момента импульса управляет закон сохранения момента импульса и сразу становится ясной причина постоянства постоянной Планка. Прежде всего, понятие «закон сохранения момента импульса» является понятием классической физики, а точнее - классической ньютоновской механики. Он гласит, что если сумма моментов внешних сил, действующих на вращающееся тело, равна нулю, то момент импульса такого тела остаётся постоянным по величине и направлению. Так как излучение абсолютно черного тела представляет собой совокупность фотонов, каждый из которых имеет только кинетическую энергию , то мы должны ввести в математическую модель закона максвелловского распределения кинетическую энергию  фотона и тепловую энергию  совокупности излученных фотонов . (206) Далее, мы должны учесть, что фотоны излучаются электронами атомов при их энергетических переходах. Каждый электрон может совершать серию переходов между энергетическими уровнями , излучая при этом фотоны разной энергии. Поэтому полное распределение объёмной плотности энергий излученных фотонов будет состоять из суммы распределений, учитывающих энергии фотонов всех энергетических уровней. С учетом изложенного, закон Максвелла, учитывающий распределения энергий фотонов всех () энергетических уровней атома, запишется так , (207) где  - главное квантовое число, определяющее номер энергетического уровня электрона в атоме.  . (208) Умножая правую часть формулы (208) на константу Планка  мы получим главный множитель в формуле (204) Планка, описывающий закономерность изменения плотности фотонов в полости чёрного тела (рис. 109, a) от частоты фотонов или их длины волны (рис. 107, b) . (209) Это и есть закон излучения абсолютно черного тела (209), полученный Максом Планком. В рамках изложенных представлений переменный коэффициент (210) характеризует плотность фотонов в полости абсолютно черного тела. Более точное значение постоянной составляющей этого коэффициента можно определить экспериментально. Обратим особое внимание на то, что в спектре абсолютно чёрного тела присутствуют фотоны (рис. 8, 107) разных радиусов , а максимумы температур (2000 и 1500 град. С, рис. 107) формирует совокупность фотонов с определёнными радиусами, величины которых достаточно точно определяет формула Вина . (211) Например, максимум температуры 2000С формирует совокупность фотонов с радиусами . (212) Это - невидимые фотоны инфракрасного диапазона и у нас сразу возникает возражение. Опыт подсказывает нам, что температуру 2000С формируют видимые фотоны светового диапазона. Такая точка зрения - яркий пример ошибочности наших интуитивных представлений. Поясним её суть на следующем примере. Солнечный морозный зимний день с температурой минус 30 град. Цельсия с хрустящим снегом под ногами. Обилие солнечного света формирует у нас иллюзию максимального количества световых фотонов, окружающих нас, и мы готовы уверенно констатировать, что находимся в среде фотонов со средней длиной волны (точнее теперь со средним радиусом) светового фотона (табл. 2). Но закон Вина (211) поправляет нас, доказывая, что мы находимся в среде фотонов, максимальная совокупность которых имеет радиусы (длины волн), равные (табл. 2). (213) Как видите, наша интуитивная ошибка более двух порядков. В яркий солнечный зимний день при морозе минус 30 градусов мы находимся в среде с максимальным количеством не световых, а инфракрасных фотонов с длинами волн (или радиусами) . Попутно отметим, что длины волн (радиусы) фотонов изменяются в интервале 16 порядков (рис. 8). Самые большие радиусы () имеют фотоны реликтового диапазона (табл. 2), формирующие минимально возможную температуру вблизи абсолютного нуля, а самые маленькие () - гамма фотоны (табл. 2) вообще не формируют никакую температуру. Формированием структуры фотонов и их поведением управляют 7 констант. . (214) Максимум излучения Вселенной зафиксирован экспериментально при температуре (рис. 108, точка А) и имеет длину волны . Формула Вина (211) даёт такой же результат (215) Рис. 108. Зависимость плотности излучения Вселенной от длины волны: теоретическая – тонкая линия; экспериментальная – жирная линия Это яркое доказательство того, что закон Вина справедлив не только для замкнутых систем, таких, как абсолютно чёрное тело (рис. 107, а), но для абсолютно незамкнутых, таких, как Вселенная (рис. 108). Чтобы найти источник максимума излучения Вселенной (рис. 108, точки А и 3), обратим внимание на то, что наблюдаемая нами Вселенная состоит из 73 процентов водорода, 24 процентов гелия и 3 процентов более тяжелых элементов. Это значит, что спектр Вселенной формируют фотоны, излучаемые в основном рождающимися атомами водорода. Известно также, что рождение атомов водорода сопровождается процессом сближения электрона с протоном, в результате которого электрон излучает фотоны. Совпадение теоретической величины длины волны (рис. 108, точка 3) с её экспериментальным значением (рис. 108, точка А), доказывает корректность использования формулы Вина (211) для анализа спектра излучения Вселенной. Фотоны с длиной волны обладают энергией (216) Энергия соответствует энергии связи электрона с протоном в момент пребывания его на 108 энергетическом уровне. Она равна энергии фотона, излучённого электроном в момент установления контакта с протоном и начала формирования атома водорода. Радиусы фотонов, излучаемых электронами атомов водорода при формировании его молекулы, будут изменяться в интервале: ; (217) . (218) Таким образом, у нас есть основания полагать, что максимум излучения Вселенной, соответствующий точке С (рис. 108), формируется фотонами, излучаемыми электронами при синтезе молекул водорода. Однако на этом не заканчиваются процессы фазовых переходов водорода. Его молекулы, удаляясь от звезд, проходят зону последовательного понижения температуры, минимальная величина которой равна Т=2,726 К. Из этого следует, что молекулы водорода проходят зону температур, при которой они сжижаются. Она известна и равна . Поэтому есть основания полагать, что должен существовать ещё один максимум излучения Вселенной, соответствующий этой температуре. Длина волны фотонов, формирующих этот максимум, равна . (219) Этот результат почти полностью совпадает с максимумом в точке на рис. 108 и доказывает, что спектр излучения Вселенной формируется процессами синтеза атомов и молекул водорода, а также - сжижения молекул водорода. Эти процессы идут непрерывно и не имеют никакого отношения к так называемому Большому взрыву. Как видно (212 - 219), формула Вина (211) справедлива не только для замкнутых систем, каким является полость абсолютно чёрного тела (рис. 107, а), но и для незамкнутых, подобных Вселенной. 7.3. Физический смысл тепла и температуры Понятия тепло и температура относятся к числу фундаментальных научных понятий. Они широко используются в научных исследованиях, инженерной практике и обыденной жизни. Однако, физический смысл этих понятий оставался туманным до выявления модели фотона (рис. 8) и роли закона Вина (211) в формировании максимумов излучений в полости чёрного тела (рис. 107) и максимумов излучения Вселенной (точки А, В и С на рис. 108). Происходит это потому, что элементарный носитель тепловой энергии – фотон (рис. 8) существует в рамках Аксиомы Единства, а теоретики пытаются выявить его электромагнитную структуру и описать его поведение при формировании тепла и температуры с помощью теорий, работающих за рамками этой аксиомы. В соответствии с теорией, работающей в рамках Аксиомы Единства, радиус вращения магнитной структуры фотона (рис. 8), изменяясь в диапазоне , остаётся равным длине волны , которую описывает его центр масс. Сейчас мы увидим, что изменение температуры среды – следствие изменения длины волны большинства фотонов в этой среде (рис. 109) и станет ясно, что тепло и температуру формирует наибольшее количество фотонов (рис. 8) с определенной длиной волны (рис. 107). Допустим, термометр показывает . Длина волны максимального количества (плотности в единице объёма пространства вблизи термометра) фотонов, формирующих эту температуру, будет равна . (220) Длина волны фотонов, совокупность которых формирует температуру , будет равна . (221) Энергии фотонов, формирующих температуры и будут соответственно равны: ; (222) . (223) Тогда разность энергий фотонов, при которой изменяется температура на , окажется такой . (224) Если термометр показывает , то максимальное количество фотонов в зоне термометра, формирующих эту температуру, имеет длину волны . (225) При повышении температуры до максимальное количество фотонов в единице объёма в зоне термометра, формирующих эту температуру, имеет длину волны . (226) Когда термометр показывает , то максимальное количество фотонов в зоне термометра, формирующих эту температуру, имеет длину волны . (227) Длина волны фотонов, формирующих температуру , равна . (228) Когда температура в полости черного тела повышается до 1500С, то длина волны фотонов, формирующих максимальную их плотность в полости черного тела, уменьшается (рис. 107) . (229) При температуре в полости черного тела, равной (рис. 108), имеем . (230) Таким образом, температуру среды в интервале формируют фотоны инфракрасного диапазона (табл. 31). С увеличением температуры длина волны фотонов, формирующих её, уменьшается. Таблица 31. Длины волн и энергии фотонов, формирующих определённую температуру Радиусы фотонов Энергии фотона, eV Температура, / град. К 0,973 2000/2273,16 0,545 1000/1273,16 0,160 100/373,16 0,121 10/283,16 0,117 1/274,16 0,117 0,0/273,16 0,116 -1/272,16 0,113 -10/263,16 -30/243,16 0,074 -100/173,16 0,031 -200/73,16 0,001 -270/3,16 0,0005 -272/1,16 0,00007 -273/0,16 0,00004 -273,06/0,10 0,000024 -273,10 /0,050 А теперь обратим внимание на то, как формирование температуры связано с энергетическими переходами электронов в атомах. Например, при переходе электрона атома водорода с 4-го на 3-й энергетический уровень излучается фотон с энергией (231) и длиной волны . (232) Если бы фотоны с длиной волны формировали температуру, то она была бы равна . (233) При переходе электрона с 3-го на 2-й энергетический уровень излучается фотон с энергией (234) и длиной волны (235) Это уже световой фотон (табл. 31). Если максимальное количество фотонов в среде будет с длиной волны , то они сформируют температуру . (236) Таким образом, разность длин волн фотонов, рождаемых электроном атома водорода при переходе с 4-го на 3-й и с 3-го на 2-й энергетические уровни, равна . (237) Разность температур, формируемых этими фотонами, равна . (238) Из этого следует, что атомы водорода, да и атомы других химических элементов, не могут формировать плавное изменение температуры среды. Эту функцию могут выполнить только молекулы. Чтобы понять, как они это делают, обратим внимание на плавное изменение яркости зоны слева осциллограммы атома водорода (рис. 73). Плавное изменение яркости формируется плавно меняющимися длинами волн фотонов, излучаемых при синтезе молекул водорода. Молекулы других химических элементов формируют густо расположенные спектральные линии, так называемые полосатые спектры (рис. 109). Это свидетельствует о дискретных энергетических переходах валентных электронов таких молекул. Рис. 109. Молекулярный спектр поглощения неизвестной молекулы (Интернет) . (239) . (240) Чтобы получить формулу для определения температуры любого космического тела, запишем формулу Вина для двух разных температур: , (241) . (242) Далее имеем: , (243) или (244) и . (245) Приравнивая (244) и (245), найдем (246) или . (247) Таким образом, произведение длин волн фотонов на температуры , которые они формируют, - величина постоянная и равная Это - седьмая константа, управляющая поведением фотонов. Назовём её константой равновесия температур. Формула (246) означает, что если температуру формируют фотоны с длиной волны , то чтобы получить температуру , необходимо сформировать среду с большинством таких фотонов , при которых . Например, возьмём температуру болометра телескопа Хаббла, выведенного в космос. Она равна . Её формирует совокупность фотонов с длинами волн . Предположим, что указанный телескоп зафиксировал, что максимум излучения с определённой звезды имеет длину волны, равную . Закон (246) формирования температур даёт нам такую величину температуры на поверхности исследуемой звезды . (248) Итак, температура на поверхности исследуемой звезды 29399,61К. Это значительно больше, чем на поверхности нашего Солнца и мы уверенно можем полагать, что исследуемая звезда моложе Солнца. Теперь предположим, что телескоп Хаббла зафиксировал максимум излучения с космического объекта (астероида, например) с длиной волны . Учитывая, что , температура на поверхности этого космического объекта будет равна . (249) Описанный метод измерения температуры космических тел широко используется астрофизиками. Теперь они глубже будут понимать физическую суть этого процесса. . (250) . (251) . (252) . (253) 8.4. Температура плазмы Определим температуру, которую формирует максимальная совокупность световых фотонов с максимальным радиусом вращения (максимальной длиной волны) равным .  (254) Из закона локализации фотона (255) следует, что с увеличением длины его волны (радиуса) его масса  уменьшается. Таким образом, должен существовать предел равенства центробежных сил инерции и магнитных сил, действующих на кольцевую (рис. 8) модель фотона. Он обусловлен уменьшением сил, локализующих фотон в пространстве (рис. 8). Известно, что спектр излучения Солнца близок к спектру излучения абсолютно черного тела (рис. 107, 108) с температурой Т=6000 К. Эти данные позволяют нам вычислить радиусы фотонов, формирующих температуру на поверхности Солнца. Они равны . (256) Это фотоны середины светового диапазона. 8.5. Различия термодинамик макро – и микромира Следующим важным понятием Термодинамики макромира является понятие давление газов, формируемое их молекулами и кластерами. Оно широко используется в математических моделях Термодинамики макромира, которые позволяют рассчитывать различные термодинамические процессы. Возникает вопрос: участвуют ли другие обитатели микромира в формировании давления? Обратим внимание на формирование треска при появлении электрической искры. Раскаты грома в грозу многократно мощнее треска электрической искры. Из этого следует вопрос: в чём суть повышения давления в воздухе в момент рождения молнии? Ответ элементарен. Фотоны излучают электроны, радиусы  которых равны (257) Средний радиус световых фотонов . Разница между размером электрона и рождаемого им светового фотона пять порядков. Это и есть главная причина повышения давления воздуха и мощных грозовых раскатов в момент грозы. В этой причине и скрыто принципиальное отличие Термодинамики макромира от Термодинамики микромира. Давление газов – объектов макромира пропорционально их температуре, а давление, формируемое фотонами, обратно пропорционально температуре. В грозу нет в атмосфере температуры, подобной температуре пара в паровом котле, а давление, формируемое фотонами, многократно превышает давление нагретых газов и мощность громовых раскатов подтверждает это. Вполне естественно, что процессами формирования давления, обеспечивающего вылет пуль и снарядов, управляют законы термодинамики микромира, но не макромира, как считалось до сих пор. На этом мы останавливаем процесс сравнения Термодинамик макро – и микромира по известным причинам. Не будем раскрывать секреты ракетного топлива. Для специалиста, смотрящего на шлейф пламени протонов и на явные дымовые шлейфы Искандеров, главный секрет разной скорости их полёта прозрачен. Вселенная заполнена фотонами и существует в фотонной среде. Длины волн фотонов, формирующих фотонную среду, изменяются от  до . Температуру в любой зоне Вселенной формируют те фотоны, плотность которых максимальна в этой зоне. Минимальную температуру формирует совокупность фотонов с длиной волны . Длина волны фотонов, формирующих максимальную температуру, ещё не установлена. Температурное равновесие Вселенной управляется законом равновесия температур. Он гласит: произведение температур и длин волн фотонов, формирующих их в любых двух точках Вселенной, – величина постоянная и равная  Первое и Второе Начала термодинамики макромира имеют ограниченные области действия.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Метод проб и ошибок – основной метод фундаментальных научных достижений.

Он очень дорогой и закрывает возможность значительного (на порядки) улучшения уже полученного результата. Новая русская фундаментальная теория микромира способствует быстрому получению планируемого научного результата. Жаль, что все уровни и виды российской государственной и научной Властей очень далеки от понимания этого. Им легче калечить научный интеллект школьников, студентов и аспирантов. На большее, у них ума не хватает. К.Ф.М. 11.04.2014.
Источники информации

1. Канарёв Ф.М. Физика микромира. Учебник.

http://www.micro-world.su/index.php/2013-09-12-04-46-36/976-2013-09-12-06-10-49

2. Канарёв Ф.М. Монография микромира.

http://www.micro-world.su/index.php/2010-12-22-11-45-21/663-2012-08-19-17-07-36

3. Канарёв Ф.М. Ответы на 2800 вопросов о микро и макро мирах.

http://www.micro-world.su/index.php/2013-05-16-19-02-15