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?

СТУДЕНТАМ на ЗАМЕТКУ

Разъяснение основных терминов

Формы и виды энергии

Условия успешной систематизации

Классификация физических систем

Основная идея системы

Таблицы физических величин

В чем новизна сайта?

     Формы и виды движения

     Подробно об угле поворота

     О движении тела по орбите

     Систематизация величин         силовых полей

     Систематизация величин         колебаний и волн

     Новая единица         температуры

     Обобщение явлений         переноса

     Критерии подобия всюду

     Альтернативные взгляды         на проблемы метрологии


Системный подход в экономике

История проблемы
систематизации величин


Учить физику по-новому!

Учебно-наглядные пособия


Каталог ссылок

Обновления на сайте

Шутки на тему сайта


Oб авторе проекта

Коган И.Ш.

Тепловая энергия, количество теплоты, тепловой заряд

АННОТАЦИЯ. Критически анализируется терминология тепловой формы движения. Приводится современный взгляд на содержание понятий "тепловая энергия" и "количество теплоты". Выясняется, что является координатой состояния тепловой формы движения, и анализируются предложенные для нее названия.

Как было показано в статье, посвященной упорядоченной тепловой форме движения, ее изучению посвятили свои работы несколько авторов, чьи работы следует прокомментировать, так как каждый из них пользовался введенными им терминами, и эти термины не всегда совпадают друг с другом.

В чем состоит отличие тепловой энергии от количества теплоты

А.Вейник (1968) указал на то, что величина, которую физики называют "количеством теплоты" или сокращенно "теплотой", отличается от той величины, которая была названа С.Карно "тепловой энергией". Термин "количество теплоты" в справочнике по физике Б.Яворского и А.Детлафа (1990) означает "количество энергии, переданной системе внешними телами путем теплообмена" без указания на упорядоченность или неупорядоченность теплового движения. Но тепловая энергия, как ее понимал С.Карно, – это такая же форма энергии упорядоченно движущихся объектов, как механическая, электрическая и другие формы энергии. То есть тепловая энергия у С.Карно – это лишь упорядоченная часть количества теплоты.

И.Львов в серии статей (2003-2004) привел развернутый обзор аналогий между основными физическими величинами в электродинамике, теплоте, механике и гидравлике. В частности, он подробно проанализировал электротепловые аналогии, приведенные в монографии А.Эйнштейна и Л.Инфельда (1965). И.Львов справедливо указал на то, что физическая величина, которую в теории теплопроводности называют “количеством теплоты“, отличается от той физической величины, которую называют “тепловой энергией“. И.Львов назвал ее “энергией С.Карно“.

В популярном учебнике по физике Д.Сивухина (2005) рекомендуется избегать применение термина "тепловая энергия" на том основании, что он по смыслу совпадает с внутренней энергий. Но это зависит от того, как понимать тепловую энергию. Если тепловую энергию понимать как энергию неупорядоченно движущихся энергоносителей, то Д.Сивухин прав. Если же тепловую энергию понимать, как энергию упорядоченно движущихся энергоносителей, то есть как функцию процесса теплообмена, как одной из форм энергообмена между равновесной системой и средой или между разными участками неравновесной системы, то тогда тепловая энергия не совпадает по содержанию с внутренней энергией системы, являющейся функцией состояния.

Рассуждения И.Львова (2004) приводят к выводу о том, что физической величиной, которую в современной теории теплопроводности называют “количеством теплоты“, является величина, которую следует называть “тепловым зарядом“. Правда, при этом И.Львов не предложил модифицировать форму записи закона Фурье, как это сделал А.Вейник (1968), и не предложил изменить единицы тепловых величин, как это сделали И.Коган (1998) и Д.Ермолаев (2004).

И.Львов справедливо полагает, что не следует полностью отвергать теорию теплорода, а следует взять из нее то рациональное, что в ней имелось, и, в частности, использовать понятие “тепловая энергия“. В этом случае движение теплового заряда действительно оказывается следствием теплообмена системы с окружающей средой тепловой энергией, а энергия движения теплового заряда является той частью тепловой энергии, которая находится в упорядоченном движении.

Рассуждения А.Вейника (1968) подтверждают вывод о том, что движение теплового заряда является проявлением обмена тепловой энергией среды с системой или обмена тепловой энергией между различными участками неравновесной системы. Этим они отличаются от утверждения в современной Википедии о том, что теплопроводность ограничивается лишь теплообменом между различными участками неравновесной системы. По А.Вейнику движение теплового заряда является лишь частью полного теплообмена. Энергию движения теплового заряда следует понимать лишь как тепловую энергию, присущую упорядоченно движущимся энергоносителям.

Возврат к пониманию тепловой энергии в трактовке С.Карно означает не возврат к теории теплорода ХIХ века, а переосмысливание этой теории в связи с современным переходом от термодинамики равновесных процессов к термодинамике неравновесных процессов. Обычное проявление философского закона движения по спирали. По этому поводу Р.Фейнман выразился так: "Часто говорят, что аргументы Карно были ложными. На самом же деле логика Карно безукоризненна. Неверно только упрощенное толкование этих аргументов Клаузиусом, а именно с ним все обычно знакомятся."

А.Вейник (1968) считает, что теория Р.Клаузиуса ввергла термодинамику в затяжной кризис, из которого она до сих пор не может выбраться, он резко против самого понятия "энтропия", введенного Р.Клаузиусом. Весьма отрицательно отзывается о теории Р.Клаузиуса и И.Львов (2003б) . В то же время И.Львов не отрицает важности применения физической величины “энтропия“ как характеристики степени упорядоченности движения в любых формах движения. Более тщательно описал разные варианты применения термина “энтропия“ В.Эткин (2006), разделив понятия термодинамической энтропии и статистической энтропии.

Что является координатой состояния тепловой формы движения

Упорядоченная тепловая форма движения, как и всякая другая форма движения, должна иметь свою координату состояния. А.Вейник (1968) для этой цели ввел понятие “термический заряд“. И.Коган (1993) первоначально применил другое понятие “температурный заряд“, но затем (И.Коган, 1998) стал также применять понятие “термический заряд“. И.Львов (2004), используя электротепловую аналогию А.Эйнштейна и Л.Инфельда, применил понятие “тепловой заряд“. В работах Д.Ермолаева (2003, 2004) применяется похожее понятие “теплозаряд“.

Д.Ермолаев и И.Львов, к сожалению, не ссылаются в своих работах на труды А.Вейника. О причинах этого можно догадаться. На книги А.Вейника многие годы был наложен официальный запрет, как на проявление лженауки, его книги были изъяты из библиотек или перемещены в запасники. Весь тираж его монографии был сожжен, а разосланные в библиотеки обязательные экземпляры были закрыты для открытого доступа, вследствие чего "тепловой заряд" открывался другими исследователями как бы заново. В 1991 году А.Вейник сумел выпустить за свой счет небольшим тиражом новую монографию, в которой он вместо термина "термический заряд" применил термин "вермический заряд" (от немецкого слова Wärme ‒ теплота), что в буквальном переводе и есть тепловой заряд. На Общую теорию А.Вейника наложено клеймо "лженауки", не снятое до сих пор. Так что о трудах А.Вейника И.Львов, скорее всего, просто мог не знать, а Д.Ермолаев узнал о них после публикации своих статей.

Если подытожить сказанное, то видно, что для координаты состояния тепловой формы движения предлагались в разное время четыре термина, звучащие по-разному, но имеющие одно и то же содержание: “термический заряд“ А.Вейника, “температурный заряд“ И.Когана, “теплозаряд“ Д.Ермолаева и “тепловой заряд“ И.Львова. Создается впечатление, что термин “тепловой заряд“ звучит несколько лучше остальных трех, так как он ближе к общепринятой терминологии. Учитывая это, мы остановились на термине “тепловой заряд.

И.Коган и Д.Ермолаев так же, как и А.Вейник, указали на то, что у теплового заряда должна быть единица Дж К-1. В работе (2004) Д.Ермолаев приводит убедительные аргументы, доказывающие, что значения теплоёмкости с единицей Дж К-2 и теплового сопротивления с единицей Вт-2 К2 объективно отражают суть физических явлений, тогда как значения теплоёмкости с единицей Дж К-1 и термического сопротивления с единицей Вт-1 К, применяемые в СИ, этой сути не отражают и приводят “к множеству дополнительных ненужных вычислений, формул, таблиц, поправочных коэффициентов и оговорок“. В 2008 году Д.Ермолаев вводит понятие "тепловая частица", аналогичное понятию "элементарный электрический заряд" в электродинамике. Правда, Д.Ермолаев отождествил тепловой заряд с энтропией, но А.Вейник указывал на то, что такое отождествление приемлемо только для равновесных процессов.

В роли потока энергоносителей у А.Вейника (1968) и впоследствии у И.Когана (1998) выступает величина, названная “термическим потоком“. У Д.Ермолаева для этой цели принято понятие “теплоток“, под которым он понимает “поток теплозаряда“ (поток теплового заряда). Но это одна и та же величина. А.Вейник указал, что тепловой заряд включен в "ансамбли зарядов", которые являются упорядоченно движущимися материальными объектами, переносящими энергию. Мы полагаем, что более подходящим термином для таких объектов является "энергоносители". Ими, например, в газах и жидкостях являются атомы и молекулы, а упорядоченно движущиеся ионы и электроны являются энергоносителями также и электрического заряда. Энергоносителями являются свободно перемещающиеся в твердых телах электроны проводимости. Ими являются также волны теплового излучения.

В работе Д.Ермолаева (2004) применительно к тепловой форме движения применяются законы неразрывности Кирхгофа. Он привел также доказательства того, что расчет термического кпд по абсолютным значениям термодинамической температуры приводит к физическому абсурду и что расчет термического кпд следует вести по разности температур. Тем самым он подтвердил необходимость рассматривать и в тепловой форме движения разность потенциалов вместо абсолютного значения потенциала.

Оснований считать термодинамическую температуру естественной основной величиной нет. Это условно введенная в СИ основная величина, и поэтому ее единица - условная основная единица. То, что в СИ единица термодинамической температуры стала единицей основной величины, является авторитарным решением создателей СИ и обусловлено историческими причинами. Прежде всего, наличием измерительной аппаратуры и отлаженных методик измерения температуры. Такое решение с точки зрения СИ легитимно также потому, что имеется стандарт, согласно которому основную величину можно принимать условно. Подробному анализу вопроса о размерности термодинамической температуры посвящена отдельная статья.

К сожалению, теория теплового заряда игнорируется физикой и метрологией до сих пор, хотя, как показано в данном разделе сайта, именно эта теория раскрывает физическую природу термодинамической температуры.

Литература

1. Вейник А.И., 1968, Термодинамика. 3-е изд. – Минск, Вышейшая школа, 464 с.
2. Вейник А.И. 1991, Термодинамика реальных процессов. – Минск: «Навука i технiка», 576 с.
3. Ермолаев Д.С., 2003, Обобщенные законы физики или физика для начинающих. – http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/4959.html
4. Ермолаев Д.С., 2004, Обобщенные законы физики применительно к теплофизике. – http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/7442.html
5. Ермолаев Д.С., 2008. Тепловой заряд и обобщение теплофизики. – М: «Компания Спутник+», Актуальные проблемы современной науки. №4(43), с.89.
6. Коган И.Ш., 1998, О возможном принципе систематизации физических величин. – “Законодательная и прикладная метрология”, 5, с.с. 30-43.
7. Львов И.Г., 2003а, Что такое энергия? – http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/6652.html
8. Львов И.Г., 2003б, Что такое энтропия? – http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/6653.html
9. Львов И.Г., 2004, Что такое тепловой заряд? – http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/7339.html
10. Сивухин Д.В., 2005. Общий курс физики. т.2. Термодинамика и молекулярная физика. 5-ое изд. М.: Физматлит. 544 с.
11. Яворский Б.М., Детлаф А.А., 1990, Справочник по физике. 3-е изд. М.: Наука, Физматгиз, 624 с.
12. Эйнштейн А., Инфельд Л., 1965, Эволюция физики. М.:Наука.
13. Эткин В.А., 2006, Многоликая энтропия. - http://zhurnal.lib.ru/e/etkin_w_a/mnogolikayaentropyja.shtml



© И. Коган Дата первой публикации 01.06.2006
Дата последнего обновления 13.03.2015

Оглавление раздела Предыдущая Следующая