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.

Перемещение энергоносителей − векторная физическая величина
(Условие направленности)

АННОТАЦИЯ. Условие направленности подразумевает, что разности потенциалов и перемещения энергоносителей всегда являются векторными величинами. Составлена таблица перемещений энергоносителей с интересными выводами.

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. Перемещения энергоносителей - всегда векторные величины.

Формулировка условия направленности - перемещения энергоносителей в физических системах являются векторными (или псевдовекторными при вращательной форме движения) величинами. Это иллюстрирует показанная ниже таблица.

Общие обозначения в таблице, присущие любым формам движения в проточных системах:
l − расстояние, на которое перемещается энергоноситель;
l − перемещение энергоносителя;
dl = dl n − элементарное перемещение энергоносителя;
n − орт направления перемещения энергоносителей, перпендикулярный к сечению потока энергоносителей;
v = dl/dt − линейная скорость перемещения энергоносителей;
m − движущаяся внутри проточной системы масса.

Таблица характеристик перемещений энергоносителей

№ стро-ки форма движения координата состояния формы движения (статический заряд) движущийся энергоноситель (движущийся заряд) координата состояния
процесса

перемещения энергоносителей
токовый заряд
. 1 2 3 4 5
1 электрическая прямого тока q qv i = d(qv)/dl i dl = d(qv)
2 механическая массовая m m v Qm = d(mv)/dl Qm dl = d(mv)
3 механическая вращательная m/k (mv)/k Qk = (1/k) d(mv)/dl Qk dl = d(mv)/k
4 механическая объёмная V = m/ρ Vv QV = d(Vv)/dl QV dl = d(Vv)
5 механическая линейная x = m/ρS xv v = d(xv)/dl v dl = d(xv)

Обозначения в отдельных строках таблицы:
Строка 1: q − движущийся внутри проточной системы электрический заряд; i − электрический ток.
Строка 2: Qm − линейная скорость перемещения массы (массовый расход).
Строка 3: k − кривизна круговой траектории движения конца радиуса инерции вещества внутри проточной системы; Qk − линейная скорость перемещения вращающихся энергоносителей в проточной системе.
Строка 4: V − объём движущегося внутри проточной системы участка энергоносителей; ρ − объёмная плотность внутри проточной системы; QV − линейная скорость перемещения участка энергоносителей (объемный расход).
Строка 5: х − движущийся внутри проточной системы энергоноситель, выраженный в виде удельной величины (перемещения); S − поперечное сечение потока энергоносителей внутри проточной системы.

2. Пояснения к таблице перемещений энергоносителей.

1. Если речь идет о расстоянии l, как о скалярной величине, то под ним понимается длина пути, пройденного энергоносителем внутри проточной системы. Но как только мы начинаем говорить о перемещении энергоносителей, мы должны указать направление этого перемещения. То есть речь идет уже о векторной величине, и перемещение следует записать в виде dl = dl n. Подробное доказательство необходимости именно такой формы записи перемещения энергоносителей приведена в статье, посвященной уравнению состояния.

2. В колонке 2 указано количество единичных (элементарных) зарядов, содержащееся в перемещающемся участке проточной системы. Понятие о суммарном статическом заряде приведено в статье, посвященной классификации зарядов. В электрической форме движения − это количество перемещающихся электронов, в механических формах движения − это количество перемещающихся частиц, обладающих массой, либо удельные физические величины, в числителе которых присутствует масса.

3. Движущийся заряд − это понятие, взятое из электромагнетизма, там оно обозначается как (qv). Если учесть, что в механике роль статического заряда выполняет масса m, то из этого следует, что движущимся зарядом при прямолинейном движении в механике является величина (mv), называемая количеством движения. Поэтому электрическому току в строке 1 в механике соответствует массовый расход Qm в строке 2 (а не скорость, как это иногда встречается в литературе).

4. Строка 3 описывает линейное перемещение участков тела, поворачивающихся вокруг оси потока энергоносителей. Примером такой формы движения является линейный перенос угла поворота поворачивающихся секторов вала трансмиссии в любых механизмах. Вращающимися энергоносителями являются повороты сечения вала трансмиссии, движущиеся вдоль вала.

5. В колонке 5 представлен токовый заряд. Причина такого названия и преимущества его использования в физике в качестве источника физического вихревого поля детально изложены в статье, посвященной токовому заряду. Движущийся заряд и токовый заряд − это две различные физические величины, имеющие близкую по физическому содержанию природу и одинаковые размерности. Для наглядности можно сравнить их единицы в электромагнетизме: у движущегося заряда − это Кл (м с-1), а у токового заряда − это (Кл с-1) м = А м.

6. В строках 1, 2 и 3 отражено перемещение реальных материальных объектов, описываемое реальными физическими величинами (статическими зарядами). В строках 4 и 5 координата состояния становится абстрактной физической величиной после деления на плотность вещества ρ. Перемещение вдоль проточной системы характеризуют такие абстрактные геометрические величины, как объём V и расстояние х. Эти величины уже нельзя называть зарядами, как это предлагал А.Вейник, а следует называть координатами состояния. По этой же причине считать скорость v и объёмный расход QV аналогами электрического тока i можно только формально, хотя это иногда делается в теории физических аналогий,.

3. Разность потенциалов как векторная величина.

Между потенциалом системы и разностью потенциалов при переносе энергоносителей имеется существенное различие. Потенциал системы является величиной скалярной, а разность потенциалов системы является величиной векторной. Это показано для наглядности в отдельной таблице.

Таблица потенциалов и разностей потенциалов системы


Потенциал системы

.
Р
Разность потенциалов системы
ΔР
давление p перепад давлений Δp
температура T температурный напор ΔT
электрическое напряжение U падение напряжения ΔU
потенциал поля φ разность потенциалов поля Δφ


Все указанные в правой колонке физические величины являются не просто алгебраическими, как это часто представляется в современной физике, а векторными величинами.

В качестве примера рассмотрим ситуацию, когда водопроводная труба имеет наклонную ось. Тогда между вектором перепада давлений, направленным вдоль оси трубы, и вектором разности статических давлений, направленным к центру Земли, имеется угол. (Этот угол не равен π или 2π, так как при таких углах водопроводная труба горизонтальна, и разность статических давлений равна нулю). Вектор перепада давлений и вектор разности статических давлений суммируются по правилу параллелограмма как обычные векторные величины.

То же самое можно сказать о теплопроводной стенке с неравномерным распределением температур на ее боковых поверхностях, когда применяется понятие о температурном поле и векторе температурного напора. И о сосуде с электропроводящей жидкостью с произвольным расположением электродов на стенках сосуда, в котором эта жидкость содержится.

Векторной величиной является разность потенциалов поля Δφ, как и напряженность поля E = − grad φ. Это разные величины, у которых различные размерности и единицы. Сказанное не противоречит известному положению электростатики о том, что работа по перемещению электрического заряда в поле dA является скалярной величиной, так как она должна определяться по уравнению dA = Δφ (dl n), в котором и разность потенциалов поля, и элементарный направленный заряд (dq n) являются векторными величинами. Это не противоречит также уравнению для определения силы взаимодействия зарядов в поле F = qE, так как в этом уравнении присутствует не элементарный направленный заряд (dq n), а суммарное количество единичных электрических зарядов q в системе, являющееся скалярной величиной.

Векторной величиной является и падение напряжения на участке электрической цепи ΔU, так как оно является частным случаем
разности потенциалов поля. Отсюда следует непривычный для современных электродинамики и электротехники вывод о том, что векторной величиной является ЭДС (электродвижущая сила) ε.

Наконец, векторная величина F, прекрасно знакомая, как сила, действующая на систему, определяется как F = Δр S, где Δр − векторная разность давлений в среде и в системе, а S − площадь участка поверхности системы, на котором определен перепад давлений.

© И. Коган Дата первой публикации 01.03.2008
Дата последнего обновления 16.10.2014

Оглавление раздела Предыдущая Следующая