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.

Явления переноса существуют в каждой форме движения

АННОТАЦИЯ. Показано, что явления переноса не следует ограничивать лишь процессами в текучих средах, что они универсальны и что их уравнения нуждаются в обобщении. Обсуждается различие между силовыми полями переноса и взаимодействия.

Недостаток при изучении явлений переноса

В современной физике для изучения пространственного перераспределения какой-либо скалярной физической величины вследствие нарушения равномерной концентрации материальных частиц внутри системы применяют понятие о скалярном поле распределения этой величины. Пространственная неравномерность распределения скалярной величины вызывает направленный перенос материальных частиц внутри системы с целью восстановления равномерности этого распределения, отчего этот процесс получил обобщенное название явлений переноса. В соответствии с этим, скалярное поле распределения получило название поля переноса. Раздел физики, изучающий явления переноса и поля переноса, называют физической кинетикой.

Обычно физическая кинетика ограничивается рассмотрением диффузии, теплопроводности и внутреннего трения в жидкостях и газах. И речь в этих трех случаях идет о переносе массы или, в более обобщенном виде, о переносе импульса частиц жидкости и газа. Уравнения переноса в этих трех явлениях совпадают в современной физической кинетике по структуре, но не совпадают по форме записи. Соответственно, не совпадают и определяющие уравнения для коэффициентов переноса. При этом не подчеркивается тот факт, что уравнения переноса описывают не только перенос частиц вместе с их импульсом, но и перенос энергии из рассматриваемых форм движения в энергию тепловой формы движения диссипации.

Справочник по физике Б.Яворского и А.Детлафа (1990) помещает параграф о явлениях переноса в главу “Кинетическая теория газов“, как бы подчеркивая этим исключительно статистический характер происходящих процессов. Учебник по физике И.Савельева (2005, кн.3) лишь одной фразой намекает о том, что явления переноса могут относиться также и к возникновению потока электрических зарядов. Но ведь и электрический ток можно рассматривать как следствие неравномерной концентрации “электронного газа“ в системе. А условие аналогий прямо указывает на то, что явления переноса должны носить обобщенный характер и иметь место во всех формах движения. Между тем, они не учитываются, например, в механике твердого тела и в электротехнике, возможно, из-за своей незначительности.

Универсальный характер явлений переноса

И все же явления переноса носят универсальный характер, а причина этого заключается в следующем. Если бы коэффициенты из обобщенного уравнения динамики, определяющие противодействия жесткости и диссипации, были бы равны нулю, то приращения координаты состояния системы при переходном процессе происходили бы одновременно во всех точках системы. В реальности же приращения энергетического воздействия передаются внутри системы с какой-то определенной скоростью переноса, поэтому в разных точках системы они происходят не одновременно. Лишь в электрических и механических формах движения скорость переноса настолько велика в масштабах реальных размеров систем, что приращения координаты состояния системы при переходном процессе происходят практически одновременно во всех точках системы. Поэтому физическая кинетика и не изучает явления переноса в этих формах движения, хотя одно из главных следствий переноса – диссипация энергии – имеет место и в них тоже.

В тех случаях, когда запаздываниями при переносе пренебрегают, можно считать, что энергетическое воздействие на систему приводит к изменению потенциальной энергии всей системы сразу. Если же пренебречь запаздыванием нельзя, то его влияние особенно сильно ощущается в тех случаях, когда система имеет достаточно большие размеры или обладает малой жесткостью (большой ёмкостью, что одно и то же). Последний вариант как раз и характерен для систем с текучей, особенно, с газовой средой. Поэтому физическая кинетика и сосредоточила свое внимание на явлениях переноса в текучих средах.

Когда речь идет о непроточных системах, явления переноса ограничены только временем действия переходного процесса. А в проточных системах явления переноса существуют постоянно, поскольку в них постоянно существует процесс переноса энергоносителей. И он сопровождается переходом энергии из той формы движения, которая рассматривается, в энергию тепловой формы движения диссипации. Поэтому любые процессы в любой форме движения системы являются принципиально необратимыми.

Поле переноса и его отличие от поля взаимодействия

Упорядоченное движение частиц, вызываемое пространственной неравновесностью какой-либо скалярной величины, обычно не увязывается с влиянием силового поля, если эти частицы не содержат заряды силового поля или если влиянием силового поля на движение частиц можно пренебречь. Например, в температурном поле, в поле давлений или в поле скоростей материальные носители часто являются электрически нейтральными, а влиянием на них гравитационного поля можно пренебречь вследствие незначительности этого влияния.

Однако в результате нарушения равновесия в системе, характеризуемым неравномерным пространственным распределением скалярной физической величины возникает разность потенциалов внутри той формы движения системы, в которой возникла неравномерность распределения. Эта разность потенциалов приводит к возникновения поля этой скалярной величины и, как следствие, к появлению сил, стремящихся восстановить равномерность распределения. Это поле и можно назвать полем переноса, в отличие от поля взаимодействия зарядов, которых в поле переноса нет.

В работе В.Эткина (2005) показывается, что поля переноса, названные им полями “термодинамических“ сил (к ним он относит, например, термодвижущие силы, гидродинамические силы, диффузионные силы), нужно рассматривать в качестве векторных полей, несмотря на то, что они вызваны пространственной неравномерностью распределения скалярных величин. Причиной тому является то обстоятельство, что вызванное полями переноса упорядоченное движение частиц носит направленный характер. И поэтому так называемые “термодинамические“ силы и вызванные ими потоки материальных носителей тоже являются векторными величинами.

В поле переноса, например, в неравномерном температурном поле газовой среды, молекулы движутся хаотически, но результирующий вектор их скоростей совпадает по направлению с направлением движения от более нагретой зоны к менее нагретой. Ни о каком гравитационном или электрическом взаимодействии более быстрых молекул с менее быстрыми молекулами на расстоянии, существенно большем эффективного диаметра молекулы, речь не идет, оно слишком незначительно.

Необходимость обобщения уравнений переноса

В системе физических величин ЭСВП, рассматриваемой на данном сайте, для уравнений, описывающих явления переноса, имеются обобщенные формы записи. Коэффициенты переноса в уравнениях, выведенных из обобщенного уравнения переноса, не совпадают с коэффициентами переноса в тех уравнениях, которые применяются в современной физической кинетике. Исключение представляют лишь коэффициенты переноса в гидродинамическом пограничном слое и при течении электрического тока в проводнике. И это обстоятельство говорит о прозорливости И.Ньютона, предложившего закон вязкого трения в пограничном слое, и Г.Ома, предложившего закон электропроводности.

Коэффициенты переноса, применяемые сейчас в физической кинетике, могут быть получены из соответствующих коэффициентов переноса, приведенных в таблицах физических величин, с помощью ввода дополнительных множителей, что проиллюстрировано в таблицах соответствующих форм движения.

Литература

1. Савельев И.В., 2005, Курс общей физики (в 5 книгах). – М.: АСТ: Астрель
2. Эткин В.А., 2005, Альтернатива “Великому объединению“. – http://zhurnal.lib.ru/e/etkin_w_a/oputjahvelikogoobiedinenija.shmtl.
3. Яворский Б.М., Детлаф А.А., 1990, Справочник по физике. 3-е изд. М.:Наука,Физматгиз, 624 с.



© И. Коган Дата первой публикации 21.06.2008
Дата последнего обновления 8.07.2008

Оглавление раздела Следующая