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.

Новые единицы тепловых величин

СОДЕРЖАНИЕ.
1. Введение понятия "тепловой заряд" изменяет представление о теплопроводности.
2. Единицы тепловых величин (в СИ и обновленные).
3. Результаты сравнения единиц тепловых величин
в таблицах “Теплопроводность“ и “Движение теплового заряда“.
4. Разъяснение понятия "термическая ёмкость".
5. О тепловой инертности при движении теплового заряда.
6. Вкратце о термодинамической энтропии в теории теплового заряда.


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. Введение понятия "тепловой заряд" изменяет представление о теплопроводности.

При систематизации физических величин во всех формах движения следует руководствоваться обобщенным уравнением энергообмена. При энергообмене системы с окружающей ее средой это уравнение сокращается до вида:

dW = Σi ΔPi (dqfl)i , ( 1 ) ( 1 )

где dW - изменение энергообмена между системой и окружающей средой, ΔPi - разхность потенциалов между системой и средой для i-ой формы движения, (dqfl)i - элементарное количество перемещающихся из системы в среду (или в обратном направлении) энергоносителей i-ой формы движения. Уравнение энергообмена (1) для тепловой формы движения будет, соответственно, иметь вид:

δQ = ΔT dΘ , ( 2 )

где δQ - элементарное количество теплоты, ΔT - температурный напор, dΘ - бесконечно малое количество перемещающегося теплового заряда. Уравнение для определения температурного напора ΔT вытекает из обобщенного уравнения для определения разности потенциалов. В тепловой форме движения оно имеет вид:

Dtm Θ + Rtm dΘ/dt + Itm d2Θ/dt2 = − ΔT , ( 3 )

где Dtm = dT/dΘ − термическая жесткость; Rtm = δ/aS − термическое сопротивление (δ − толщина теплопроводящего слоя, a = λ/T − коэффициент термопроводности; λ − коэффициент теплопроводности в современной теплопередаче, S − площадь сечения, сквозь которое протекает тепловой поток), Itm − термическая инертность. Уравнение для определения разности потенциалов может иметь вид, аналогичный подобному уравнению в электродинамике:

(1/Сtm) Θ + Rtm Φа + Itm dΦа /dt = ΔТ , ( 4 )

где Сtm = dΘ/dT − термическая ёмкость; Φа = dΘ/dt − поток тепловых зарядов (тепловой поток в современной теории теплопередачи соответствует Φ = ΦаT).

Всё это приводит к обновлению единиц тепловых величин, что показано ниже в таблице.

2. Единицы тепловых величин (в СИ и обновленные).

Название физической величины Символ
или формула
Единица измерений
обновленная в СИ
Современная теория теплопередачи . . .
Элементарное количество теплоты δQ - Дж
Термодинамическая температура T - К
Теплоёмкость C = dQ/dT - Дж К-1
Термическое сопротивление Rtm = δ/λS - Вт-1 К
Термическая проводимость Ytm = λS/δ - Вт К-1
Коэффициент теплопроводности λ - м-1 Вт К-1
Тепловой поток Φ - Вт
Обновленная теория теплопередачи . . .
Элементарное количество теплоты δQ Дж Дж
Бесконечно малое количество
перемещающегося теплового заряда
dΘ Дж К-1 К
Температурный напор ΔT К -
Термическая жесткость Dtm = dT/dΘ Дж-1 К2 -
Термическая ёмкость Сtm = dΘ/dT Дж К-2 -
Термическое сопротивление Rtm = δ/aS Вт-1 К2 -
Термическая проводимость Ytm = aS/δ Вт К-2 -
Термическая инертность Itm Вт К-1 -
Коэффициент термопроводности a = λ/T м-1 Вт К-2 -
Поток тепловых зарядов Φа = dΘ/dt с-1 К -

3. Результаты сравнения единиц тепловых величин
в таблицах “Теплопроводность“ и “Движение теплового заряда“.

Главным новшеством в приведенной выше таблице является то, что изменением координаты состояния считается бесконечно малое количество перемещающегося теплового заряда dΘ. Именно наличие координаты состояния (теплового заряда) обеспечивает реальность единиц тепловых величин в таблице "Движение теплового заряда", а отсутствие координаты состояния формы движения в таблице "Теплопроводность" указывает на ее ошибочность, на невозможность включения современных тепловых величин в систему физических величин.

Всё это следствие того, что под изменением энергообмена dW в тепловой форме движения следует понимать изменение тепловой энергии упорядоченного теплового движения. Тогда как при применении существующего немодифицированного закона Фурье роль координаты состояния dqi тепловой формы движения в системе играет количество теплоты (теплота), и поэтому неизвестно, что должно стать изменением энергообмена dW в таблице “Теплопроводность“. В таблице же “Движение теплового заряда“ координатой состояния тепловой формы движения является тепловой заряд. И таким образом появляется возможность применения главного определяющего уравнения.

Тепловой заряд имеет единицу Дж К-1. В СИ такую же единицу имеет постоянная Больцмана. В статье, посвященной размерности температуры, пояснено, что появление постоянной Больцмана было связано исторически с необходимостью включения в систему единиц условной основной величины, называемой термодинамической температурой. Тепловой заряд, как физическая величина, пропорционален постоянной Больцмана.

Работе в тепловой форме движения соответствует теплоообмен в виде приращения тепловой энергии системы. Термический поток Φa представляет собой поток тепловых зарядов, тогда как тепловой поток Φ в современной теории теплопередачи отражает лишь интенсивность теплообмена во времени.

Единицы важных производных величин в таблице “Движение теплового заряда“ отличаются от единиц СИ тем, что единица К (Кельвин) присутствует в квадрате, а не в первой степени. Это иные производные величины, чем в современной теории теплопередачи, так как модифицирована запись закона Фурье. Вместо “теплоемкости” появилась “термоемкость”, отражающая интенсивность изменения теплового заряда в зависимости от изменения температурного напора. Соответственно, коэффициент теплопроводности λ заменен на коэффициент термопроводности a. К совершенно аналогичным размерностям и единицам тепловых величин пришел также и Д.Ермолаев (2004).

4. Разъяснение понятия "термическая ёмкость".

Под изменением теплового заряда dΘ понимается входящее в систему какое-то количество энергоносителей упорядоченной тепловой формы движения, не отождествляя его с полным изменением теплообмена между системой и средой, то есть с суммой изменений энергий упорядоченного и неупорядоченного теплового движения. И тогда нам приходится прийти к парадоксальному, на первый взгляд, выводу о том, что основная идея теории теплорода оказывается верной, если под теплородом понимать не общее количество вошедшей теплоты, а количество вошедшей тепловой энергии упорядоченного теплового движения, ассоциированное с движением теплового заряда. Именно так и понимал эту ситуацию С.Карно, он не отождествлял тепловую энергию с изменением теплообмена.

В соответствии с такой интерпретацией поток теплового заряда должен рассматриваться не как поток энергии тепловой формы движения, а как поток упорядоченной части тепловой энергии. Именно тепловой заряд и может накапливаться в системе. Поэтому в тепловой форме движения энергоёмкость системы следует рассматривать, как ёмкость по отношению к тепловому заряду, а не как ёмкость по отношению к общему количеству теплоты.

Поэтому приведенная в таблице термическая ёмкость Сtm = dΘ/dT, имеющая единицу Дж К-2, отличается от применяемой в современной термодинамике теплоёмкости С = δQ/dT, имеющей единицу Дж К-1. Точно так же бесконечно малое количество тепловых зарядов dΘ, входящее в систему, меньше подведенного к системе элементарного количества теплоты δQ. Входящее в систему количество тепловых зарядов dΘ является частью количества теплоты δQ.

5. О тепловой инертности при движении теплового заряда.

В таблицу “Движение теплового заряда“ включена физическая величина, соответствующая тепловой инертности теплового потока. Ни в теоретической, ни в технической термодинамике тепловая инертность сегодня не характеризуется конкретной физической величиной, хотя тепловая форма движения в реальных термодинамических системах обладает большой инертностью. При расчетах процесса переноса теплового заряда сейчас учитывается только сопротивление тепловому потоку, а тепловая инертность обычно не учитывается. Введение “тепловой инертности потока“ может при необходимости позволить рассчитать характер переходного процесса в тепловой форме движения и время его протекания, как бы велико оно не было.

В молекулярно-кинетической теории газов существуют формулы для расчета кинетической и потенциальной энергии молекул в отдельности и для расчета массы газа, находящейся в системе в целом, однако эти формулы не увязаны с “тепловой инертностью потока“. Это происходит по той причине, что при исследовании термодинамических систем обычно не применяют уравнение динамики, из которого можно вычислить тепловую инертность.

6. Вкратце о термодинамической энтропии в теории теплового заряда.

Мы преднамеренно не включили в приведенную выше таблицу "термодинамическую энтропию". При этом мы не смешиваем это понятие с понятиями "статистическая энтропия" и "информационная энтропия", имеющими иное содержание. Мы совершенно согласны с А.Вейником и многими другими учеными, считающими введение Р.Клаузиусом энтропии в термодинамику причиной болезни, поразившей термодинамику, от которой она не может излечиться на протяжении уже полутора веков.

Элементарное количество перемещающегося теплового заряда определяется уравнением dΘ = δQT, оно не может трактоваться как изменение термодинамической энтропии, определяемой по Р.Клаузиусу уравнением dS = δQ/T, хотя бы потому, что ΔT и T ‒ это две разные величины. Изменение количества теплового заряда dΘ и изменение термодинамической энтропии dS определяются разными уравнениями связи и, следовательно, имеют разное физическое содержание.

В ряде статей по метрологии наличие одинаковых размерностей у теплоёмкости и термодинамической энтропии рассматривается как один из недостатков СИ. Однако СИ в данном случае не при чем. Стремление некоторых ученых к поиску идентичности физического содержания величин на основании идентичности их размерностей или единиц совершенно не обосновано. Физическое содержание величины определяется только уравнением связи, а вовсе не формулой размерности. И если две физические величины различной природы имеют одну и ту же размерность, то причину этого надо искать в возможной неверности уравнения связи одной из этих величин.

Литература

1. Вейник А.И., 1968, Термодинамика. 3-е изд. – Минск, Вышейшая школа, 464 с.
2. Ермолаев Д.С., Обобщенные законы физики применительно к теплофизике. – 2004, – http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/7442.html
3. Коган И.Ш., 1998, О возможном принципе систематизации физических величин. – "Законодательная и прикладная метрология", 5.
4. Коган И.Ш., 2006, Обобщение и систематизация физических величин и понятий. – Хайфа, 207 с.
5. Коган И.Ш., 2011, Число структурных элементов как основная физическая величина. – “Мир измерений”, 8, с.с. 46-50.



© И. Коган Дата первой публикации 1.06.2006
Дата последнего обновления 13.03.2015

Оглавление раздела Предыдущая Следующая