- •1. Физика понятий и понятия физики
- •1.1. Аристотель, Ньютон — две механики
- •1.2. Постулаты механики Ньютона
- •1.3. Тело, его свойства и самодвижение
- •1.4. Телесная субстанция — эфир
- •1.5. Структура пространства
- •1.6. Физическая сущность времени
- •1.7. Плотностная мерность пространства
- •2. Введение в основы
- •2.1. Динамика аксиомы о параллельных
- •2.2. Структурирование динамического
- •2.3. Свойства пространственных систем
- •2.4. Геометрия золотых пропорций
- •2.5. Структура русской матрицы
- •2.6. Введение в плотностную ρn-мерности
- •2.7. Вурфные отношения
- •2.8. Качественные взаимосвязи свойств
- •2.9. «Фундаментальные постоянные»
- •2.10. Постоянство гравитационной
- •2.11. Экспериментальное нахождение
- •3. Механика пульсирующего
- •3.1. Законы механики
- •3.2. Волновое гравитационное притяжение
- •3.2. Фиксация локального гравиполя
- •3.3. Гравитационная деформация тел
- •3.4. Инерциальные и гравитационные
- •3.5. Абсолютность «относительного»
- •3.6. Движение, ускорение, инерция
- •3.7. Вращательное движение тел
- •3.8. К «абсолютности» скорости света
- •4. Основы термодинамики и. Горячко
- •4.1. Принципы, методы и основные соотношения
- •4.2. Универсальное уравнение состояния
- •4.3. Система законов
- •4.4. Термомеханика микрочастиц
- •4.5. Обобщенная теория взаимодействий
- •5. Электричество и кванты
- •5.1. Заряды и электрические взаимодействия
- •5.2. «Снаряды» Резерфорда
- •5.3. «Квантовые истины»
- •5.4. Квантовое «поведение» электрона
- •§1. Атомная механика
- •§2. Опыт с пулеметной стрельбой
- •§ 3. Опыт с волнами
- •§ 4. Опыт с электронами
- •§5. Интерференция электронных волн
- •§ 6. Как проследить за электроном?
- •§ 7. Исходные принципы квантовой механики
- •5.5. Нецелочисленные радиусы орбит в атоме
- •5.6. Спектральные структуры
- •5.7. Единство механики, электродинамики
- •Квантование Солнечной системы
- •К пониманию структуры
- •6.2. Строение околосолнечного
- •Электромагнитная модель
- •6.4. Элементы самодвижения
- •6.5. Магнитные параметры планет и спин
- •6.6. Орбитальные пульсации Земли
- •6.6. О возможности планетарных излучений
- •Некоторые особенности понимания
- •7.1. Особенности плотностного
- •. Некоторые аспекты электрических явлений
- •7.3. Вихревой теплогенератор
4.4. Термомеханика микрочастиц
Начнем с термодинамики микрочастиц, для чего воспользуемся уравнением Больцмана для энтропии [78,79]:
S = kln(W), (4.60) (4.61)
где постоянная Больцмана, равная:
k = µR/N, Дж/К°. (4.61) (4.62)
Здесь µ кг/моль, – молекулярная масса вещества: R = 8314/µ, Дж/кг∙К°, – газовая постоянная: N, 1/моль, – число Авогадро.
Из молекулярной физики [84] известно, что масса молекулы вещества равна:
m = µ/N. (4.62) (4.63)
Учитывая уравнение для удельной энтропии s = αR, умножая обе его части на массу молекулы, выраженную соотношением (4.62), находим с помощью уравнения (4.60)
α = ln(W)= f(p,T). (4.63) (4.64)
Это означает, что употребляемый в соотношениях термодинамики пространства и времени безразмерный фактор сжимаемости вещества α = f(p,T) является среднестатическим параметром состояния вещества термодинамической системы (как, впрочем, и любой другой из параметров состояния вещества).
С учетом соотношения (4.63) уравнение Больцмана (4.60) принимает вид:
Ѕ = αk, (4.64) (4.65)
где теперь S играет роль энтропии микрочастицы вещества. Факт получения выражения (4.64) в корне меняет представление о новой термодинамике как о науке, способной описывать только макросистемы. С получением этого соотношения эта наука приобретает возможность описания любых процессов, происходящих не только на макро-, но и на микроуровне строения матери.
В самом деле, умножая обе части равенства (4.39) на массу молекулы и учитывая, что ее потенциальная энергия П = pV = Тαk, а концентрация молекул в единице объема вещества термодинамической системы равна п = 1/V, получаем:
Пx = mw2 = γП = γТαk = γр/п. (4.64) (4.65)
Из этого выражения получаем ранее неизвестные соотношения термодинамики для микрочастиц
Пs = γП = γαkТ, (4.65) (4.66)
П= αkТ = р/п, (4.66) (4.67)
р = пαkТ = Пп, (4.67) (4.68)
w = √(γαkT/m) = √(γp/mn) = √(γp/ρ), (4.68) (4.69)
где р = тп – плотность микрочастицы. При этом вновь оказываются справедливыми законы:
2Е = γП, (4.69) (4.70)
W = E ±П = (γ ± 2)П/2 = (γ ± 2)Е/γ = const (4.70) (4.71)
Если сравнить выражения (4.65)-(4.68) с уравнениями действующей молекулярно-кинетической теории [79]:
W = 3kT/2, (4.71) (4.72)
П = kТ, (4.72) (4.73)
р = пkТ, (4,73) (4.74)
w = √(3kT/m), w = √(2kT/m), (4.74) (4.75)
то становится очевидным, что уравнения указанной теории являются следствиями более общих уравнений (4.71)-(4.74). Так, полагая в равенстве (4.8) γ = 1 с учетом знака (+) потенциальной энергии и α = 1, получаем W = 3kТ/2; полагая в равенствах (4.72) и (4.73) α = 1, находим, что П= kТ, р = пkТ и так далее.
Нетрудно видеть, что уравнения действующей теории основаны на использовании модели идеального газа. Численные же оценки параметра α = f(p,T), отсутствующего в этих уравнениях, были проведены ранее в §4.2. Они обнаружили значительные расхождения в величинах α. в зависимость от фазового состояния вещества. Это означает, что расчеты по уравнениям (4.71)-(4.74), не учитывающим сжимаемости веществ, дают очень большие расхождения по сравнению с расчетами по уравнениям (4.65)-(4.68). Дополнительную погрешность в такие расчеты вносит и отсутствие в уравнениях (4.71)-(4.74) параметра γ.
Изложенное свидетельствует о том, что действующая молекулярно-кинетическая теория вещества, основанная на модели идеального газа (то есть при α = 1), является весьма несовершенной и должна быть заменена теорией, учитывающей реальные свойства веществ, то есть теорией, основанной на универсальном уравнении состояния вещества термодинами-ческой системы.
Перейдем теперь к механике микрочастиц. Для этого рассмотрим так называемую корпускулярно-волновую теорию строения вещества. Прежде всего, обращает на себя внимание тот странный факт, что существуют две разновидности этой теории (теория А. Эйнштейна для фотона и теория де Бройля для нейтральных и электрически заряженных микро- и макротел). При этом оказывается, что основные уравнения этих теорий для энергии и импульса описываются одними и теми же по форме уравнениями [59]:
E = ħω, (4.75)
k = ħz, (4.76)
где ħ = h/2π Дж, с постоянная Планка; ω = 2π/τ – круговая частота; τ – период; z = 2πw'/λw – волновой вектор, совпадающий с направлением движения волны: z = 2π/λ – волновое число, λ – длина волны; k = mw – импульс: w – скорость движения микрочастиц. Разница между этими теориями заключается в том, что по А. Эйнштейну для фотона, как частицы, не имеющей массы покоя, из равенства (4.76) находят:
Wλ/c = h, (4.77) (4.78)
где W = тс2 – полная энергия фотона, а по де Бройлю из равенств (4.75) и (4.76) получают [59]:
mλw = h. (4.78) (4.79)
Имея в виду равенство (4.7) и учитывая то, что потенциальная энергия микрочастицы равна П = ħω, получаем следующие уравнения обобщенной корпускулярно-волновой теории вещества:
для кинетической энергии:
Е = γħω/2, (4.79) (4.80)
для импульса:
k = γħz, (4.80) (4.81)
уравнение, связывающее массу, скорость, длину волны микрочастицы (или макротела):
mλw = γh (4.81) (4.82)
где параметр γ определяется формулой (А).
Нетрудно видеть, что уравнения (4.75), (4.76) являются следствиями более общих уравнений: (4.79) при γ = 2 и (4.80), (4.81) при γ = 1. Отсюда совершенно очевидно, что теории А. Эйнштейна и де Бройля, по существу, являются внутренне несогласованными. Этим и объясняется, обнаруженная несогласованность в результатах по определению полной энергии фотона. Поскольку для фотона γ = 2, то согласно формуле (4.12), для неорбитальной системы «фотон — окружающая среда» полная энергия равна W = 2ħω = тс2 .
Следует обратить внимание на то, что формула (4.79) весьма похожа на известную формулу квантовой механики для так называемой «нулевой энергии осциллятора» [59]:
Е= ħω/2, (4.82)(4.83)
получить которую приемами классической физики не удавалось до сих пор. Эта формула как указано в работе [59], хорошо подтверждается экспериментами по рассеянию света кристалла при низких температурах. С точки зрения новой термодинамики это вполне объяснимо, поскольку для твердых веществ при низких температурах ср = cv и, следовательно, γ ≈1, благодаря чему формула (4.79) в пределе превращается в формулу квантовой механики.
И вновь, как и в случае молекулярно-кинетической теории, для корпускулярно-волновой теории оказываются справедли-выми уравнения (4.11), (4.12). Связь между этими двумя теориями микромира устанавливается посредством соотношения:
П = αkТ = ħω = р/п = ..., (4,83) (4.84)
которое может быть получено с помощью формул (4.66) и (4.79) с учетом (4.7). Отсюда, с учетом формулы (4.63), следует, что фактор сжимаемости вещества равен:
α = ħω/kТ = ln(W) = р/пkТ = f(p,T) =… (4.84) (4.85)
Интересно отметить, что конструкция вида ħω/kT довольно часто встречается в физике. Достаточно хотя бы напомнить формулу Планка для излучения абсолютно черного тела [59]. содержащую этот комплекс.
Учитывая полученные уравнения, энтропию микрочастицы можно выразить также следующими соотношениями:
S = ħω/T= kln(W) = αk = p/nT = f(p,T) = ... .(4.85) (4.86)
Из анализа термодинамики и механики микрочастиц видно, что параметр γ играет в этих теориях чрезвычайно важную роль как регулируемый параметр. В связи с этим не будет лишним напомнить, что в физике твердого тела при определении энергии кулоновского притяжения на одну ионную пару с 1910 г. пользуются понятием постоянной Маделунга [85], которая, по-видимому, есть не что иное, как параметр γ = f2(е,φ), приведенный к виду γт = 1+ е.
Как уже отмечалось, термодинамические значения этого параметра, определяемого как γ = cр/cv = 2Е/П = f(p,T), согласно справочным данным [80], также всегда превышают единицу. Это возможно только в том случае, если считать, что для любых веществ, находящихся в определенных фазовых состояниях, этот параметр равен γт = 1 + е, где е > 0. Это означает, что термодинамический параметр γ следует рассматривать как среднестатистическую (то есть наиболее вероятную) величину, которая характеризует собой волновой адиабатный процесс распространения тепловой энергии при максимально достижимых скоростях распространения теплового энергетического воздействия. Например, для звуковой волны, распространяющейся в воздухе при t = 20°С (γ = 1,4; α = 1; μ = 29 кг/моль) скорость звука равна:
w = √(γαRT) = 346 м/с.
Это означает, что при γ = 1,4 основная масса молекул воздуха в звуковой волне совершает эллиптические движения со среднестатистическим эксцентриситетом е = 0.4, определяющим форму звуковой волны. Термодинамический и механический параметры γ в действительности оказались тождественно одинаковыми и поэтому могут описываться одними и теми же выражениями (А), (В), (С). Применительно к макро- и микро миру параметр γ является не только пространственно-временным параметром, но также параметром, учитывающим протонно-электронное строение вещества различного химического состава на любых его энергетических уровнях.
Отсутствие же параметров α и γ в действующих моле-кулярно-кинетической и корпускулярно-волновой теориях постоянно приводило к существенным погрешностям в описании природных взаимодействий на микроуровне строения вещества и, кроме того (что особенно досадно), не позволяло до сих пор сколько-нибудь осмысленно применить искусственные приемы управления такими взаимодействиями.
Из анализа и синтеза законов термодинамики и механики (в том числе и для микрочастиц) следует весьма важный общий вывод, различные природные взаимодействия пространст-венно-временной сущности всегда сопровождаются механическими явлениями. Поэтому новая (русская — А.Ч.) механика и новая термодинамика по существу представляют собой единую термомеханическую теорию. Эта теория, как оказалось, способна описывать любые природные процессы на макро- и микроуровнях строения материи с учетом физико-химических свойств и химических превращений веществ, участвующих в рассматриваемых взаимодействиях. Природа, таким образом, представляет собой единую гигантскую термомеханическую систему (ТМС), подчиняющуюся законам термомеханической теории. При этом аналитические законы этой теории определяют качественную, а экспериментальные — количественную стороны природных взаимодействий. В этом, в конечном счете, и заключается единство теории и практики в естествознании.