Контакты jokoil@mail.ru КАРТА САЙТА English

Энергодинамическая система физических величин и понятий

(ЭСВП)


Не смешивать с СИ, унифицирующей ЕДИНИЦЫ измерений (разъяснение).

На Главную

Кому и зачем это нужно?

К сведению студентов

Основные понятия физики

Формы и виды энергии

Классификация физических систем

Основная идея системы величин

Таблицы физических величин

Итоги и выводы:

     Формы и виды движения

     Подробно об угле поворота

     О движении тела по орбите

     Заряды физического поля

     Новые единицы величин         колебаний и волн

     Новая единица         температуры

     Новый взгляд на         явления переноса

     Критерии подобия всюду

     Современная революция         в метрологии

Системный подход в экономике

История систематизации
величин и единиц


Необходимость модернизации
обучения физике


Учебно-наглядные пособия


Новости сайта

Шутки на тему сайта


Oб авторе проекта

Коган И.Ш.

Процесс обмена энергией между физической системой и средой

АННОТАЦИЯ. Поясняются термины “энергообмен” (обмен энергией) и “изменение энергообмена”, применяемые в физике. Приводятся особенности процесса изменения состояния физической системы при обмене энергией с окружающей средой

ПРИМЕЧАНИЕ: Для получения краткой справки по поводу недостаточно ясных, редко применяемых или введенных автором сайта терминов пройдитесь по ссылке Предметный указатель (от А до О и от П до Я), а по поводу примененных обозначений – по ссылке Символьный указатель (латинские буквы и греческие буквы).

1. Обмен энергией (энергообмен) в физике.

В средствах массовой информации и в поисковых системах часто применяется слово "энергообмен" в далеком от физики понимании, например, часто встречается такое словосочетание, как энергообмен между мужчиной и женшиной. Очевидно, что это относится к физиологии, а часто и к теологии. Так что комментировать подобное применение этого термина в данной статье не предполагается.

Чтобы изменилось количество энергоносителей в физической системе, в систему должно войти какое-то количество энергоносителей, дополнительное к тому, которым система располагает, либо выйти из системы какое-то количество энергоносителей. Изменение количества энергоносителей в системе приводит к изменению количества энергии в системе, что и является обменом энергией (или энергообменомом) системы с окружающей средой. Частными случаями энергообмена в термодинамике являются работа А и количество теплоты (или теплота) Q. Энергообмен является функцией процесса переноса энергоносителей, а не функцией состояния системы. Значение энергообмена зависит от того, каким образом происходит процесс изменения состояния системы в течение переходного процесса. Поэтому элементарные значения работы и теплоты не являются полными дифференциалами и обозначаются символами δА и δQ.

В различных формах движения рассматриваются различные виды работы, но, в конечном счете, все они являются следствиями переноса энергоносителей через контрольную поверхность системы, а энергоносители обычно содержат в себе комплект координат состояния различных форм движения. По этой причине И. Коган (1998) в таблице обобщенных величин Таблицы Аналогий применил вместо термина "энергообмен" термин "обобщенная работа". Количество теплоты также можно рассматривать, как частный случай обобщенной работы, так как энергоноситель содержит в себе наряду с координатами состояния других форм движения координату состояния тепловой формы движения (тепловой заряд).

2. Причины появления обмена энергией (энергообмена).

Рассмотрим причинно-следственную цепочку событий, вызыващих появление энергообмена. Если рассматриваемая форма движения согласно классификации Б.Доброборского (2008) является пассивной, то есть в ней нет изменения внутренней энергии, и равновесной, то потенциал системы Р для любой формы движения неизменен. В этом случае энергообмен может возникнуть только при появлении разности потенциалов ΔР этой формы движения в окружающей среде и системе.

В термодинамике, где рассматривают только два вида энергообмена (работу давления и количество теплоты), их разность при переходе системы от состояния 1 к состоянию 2 равна изменению внутренней энергии dU. Появление разности потенциалов приводит к изменению количества энергоносителей рассматриваемой формы движения из системы в среду или в обратном направлении и, как следствие, к энергообмену в соответствии с первым законом термодинамики

dU = δQ − δА . ( 1 )

Во избежание недоразумений следует помнить, что понятие "энергообмен" - это следствие "обмена материальными энергоносителями", а не непосредственный обмен энергией. Энергия − физическая величина и переноситься может только с помощью энергоносителей. Поэтому само понятие "перенос энергии", часто применяемое в физике, нерелевантно. Внутри неравновесной системы поток энергоносителей возникает при возникновении неравномерного распределения внутри системы потенциалов подсистем. При этом также возникает разность потенциалов, но уже внутри системы. Правда, если энергообмен происходит внутри системы, то общее количество энергоносителей в системе не изменяется, то есть энергообмен системы с окружающей средой не происходит.

Примеры энергообмена приведены в статье, посвященной формам и видам энергии. В современной физике энергообмен часто отождествляют с работой силы. Однако работа силы является частным случаем энергообмена, применяемым для механической прямолинейной формы движения. А термин "энергообмен" является обобщенным термином, и поэтому его применение при общих рассуждениях предпочтительнее.

3. Обобщенное уравнение обмена энергией (энергообмена)

Перенос энергоносителей через контрольную поверхность системы является процессом, происходящим во времени. Поэтому систематизация физических величин базируется на рассмотрении как состояния системы, так и процесса изменения этого состояния. Обычно выбирается какой-то момент времени t = 0, который называют начальным моментом времени, и исследуется, как меняется состояние системы в течение конечного промежутка времени, прошедшего после начального момента. В физике это называется исследованием поведения системы в динамике. Поэтому предлагаемая на данном сайте система физических величин называется динамической.

Главной особенностью исследования динамической системы является то, что в ней акцентируется внимание не на абсолютных значениях физических величин, а на их приращениях относительно значений в начальный момент времени. В этом заключается суть условия приращений, являющегося одним из условий успешной систематизации физических величин.

Потенциал i-ой формы движения равновесной системы Рi равен

Рi = (∂W/∂qi)0 , (3)

то есть является скалярной величиной. Соответственно, скалярной величиной является и элементарное изменение координаты состояния dqi . Но разность потенциалов ΔРi между системой и средой и элементарное количество перемещающихся энергоносителей (dqfl)i могут быть только векторными величинами, так как они определяются направлением движения энергоносителей. Из этого следует, что обобщенное уравнение энергообмена должно быть записано в отличие от уравнения (1) в виде

dW = Σi ΔРi (dqfl)i . ( 4 )

Разность потенциалов ΔРi была представлено ранее в статье И.Когана (1998) в скалярной форме для i-той формы движения в виде:

( 5 )

Разность потенциалов ΔР для конкретной формы движения определяется уравнением

D qfl + R dqfl /dt + I d2qfl /dt2 = − ΔР , ( 6 )

которое поясняется в статье, посвященной разностям потенциалов.

Приведем примеры координат состояния и разностей потенциалов. Если в механической прямолинейной форме движения координатой состояния выбрано перемещение, то в роли разности потенциалов оказывается сила, как отношение перепада давлений на участке контрольной поверхности. Если в электрической форме движения изменением координаты состояния является изменение количества электрических зарядов, то в роли разности потенциалов оказывается разность электрических потенциалов. Если в гидравлической форме движения (при течении жидкости в трубе) изменением координаты состояния является изменение объёма втекающей (или вытекающей) жидкости, то в роли разности потенциалов оказывается перепад давлений на входе и выходе трубы.

Энергообмен, как и энергия, в любых формах движения имеет одну и ту же размерность, оценивается в одних и тех же единицах. Уравнение (4) позволило создать единую структуру таблиц энергодинамической системы физических величин ЭСВП, приведенную ранее в работах И.Когана (1998, 2004) и в усовершенствованном виде на данном сайте.

Литература

1. Доброборский Б.С., 2008, Об активных и пассивных термодинамических системах. http://interlibrary.narod.ru/GenCat/GenCat.Scient.Dep/GenCatPhysics/150000011/150000011.htm .
2. Коган И.Ш., 1998, О возможном принципе систематизации физических величин. – “Законодательная и прикладная метрология”, 5, с.с. 30-43.



© И. Коган Дата первой публикации 01.06.2006
Дата последнего обновления 26.10.2014

Оглавление раздела Предыдущая Следующая