О природе энергии динамических процессов в концепте неоклассической физики

Основные принципы неоклассической физики в настоящее время изложены в следующих работах автора: «О методологической проблеме определения базовых понятий классической физики» [1; 2, с. 7-9], «Кинергия» [3, с. 9-15], «Основы динамики, как современная проблема классической физики» [4, с. 6-11], «Эффект Доплера и закон сохранения энергии» [5]. Сегодня речь пойдёт о давлении, и его роли в природе энергии газодинамических сред.

В классической физике под давлением понимается отношение силы на соответствующую площадь её воздействия. В неоклассической физике этому понятию тождественно отношение механического импульса к соответствующей площади его воздействия:

Р = Y / S (1)

где:

Р – давление системы (Н/м²);

Y – механический импульс (Н);

S – площадь, на которую воздействует механический импульс (м²).

Y = m * a = E / L (2)

где:

Е – энергия системы (Дж);

L – путь, пройденный системой под воздействием механического импульса по перемещению площади S (м).

Откуда энергия определяется из выражения:

Е = Y * L = P * S * L = P * V (3)

где:

Р – давление системы (Па);

V – объём системы (м³).

Таким образом, энергия системы представляет собой произведение её внутреннего или внешнего давления на занимаемый ею объём пространства.

Из закона Бойля-Мариотта классической физики известно, что произведение давления на объём, занимаемый системой есть константа:

P₀*V₀ = P_n*V_n = const (4)

Эта зависимость подтверждается экспериментами и многочисленной практикой, но при этом противоречит результатам наблюдения энергии газодинамических систем. Если мы возьмём литр газа и уменьшим его до одного сантилитра, то его давление вырастит в 100 раз, и во столько же раз увеличится внутренняя энергия газа. Иными словами, уменьшение объёма системы сопровождается не только пропорциональным увеличением давления, но и увеличением её внутренней энергии, но закон Бойля-Мариотта описывает газодинамическую систему при энергетическом состоянии системы исключительно в нормальных условиях, не зависимо от их изменения.

Для того чтобы понять энергетическую природу динамического процесса во время изменения объёма механической системы представим водяной пар в дух фазовых состояниях: жидкости и газа.

Один грамм воды в нормальных условиях (20⁰С, 1 атм) занимает объём 1 см³. Поместим этот объём в замкнутое пространство и нагреем до температуры 500⁰С. Выпустим полученный водяной пар в объём 1674 см³, при этом давление пара снизится до 1 атм. Поскольку число атомов в этом объёме не изменилось, то полученный результат указывает нам на то, что во время рассмотренного динамического процесса объём одного атома изменился в 1674 раза, и во столько же раз изменяется энергия газодинамической системы. Теперь, для того чтобы вернуть систему в объём 1 см³ нам придётся приложить к ней внешнее давление в 1674 раза большее относительно нормального, тогда энергия этого процесса будет равна P_n*V₀. Поскольку закон сохранения энергии является универсальным законом, то мы можем утверждать, что во время расширения механической системы выделяется столько же энергии, сколько необходимо затратить, чтобы её перевести в сжатое состояние.

Таким образом, мы можем констатировать, что энергия газодинамической системы определяется объёмом одного атома относительно объёма, занимаемого им в нормальных условиях, что позволяет нам сформулировать энергетический закон газодинамических систем в следующем виде:

Е_n = P_n*V₀ = P₀*V₀² / V_n = Е₀* V₀ / V_n = kЕ₀ (5)

где:

Е_n – энергия системы при давлении P_n (Дж);

Е₀ – энергия системы в нормальных условиях (Дж);

P₀ – давление системы в нормальных условиях (Па);

P_n – давление отличное от нормальных условий (Па);

V₀ – объём системы в нормальных условиях (м³);

V_n – объём системы при давлении P_n (м³);

k = V₀ / V_n;

Таким образом, выражение (5) позволяет связать энергию механической системы с изменением её объёма относительно нормальных условий.

В этом случае природа энергии газодинамических систем связана с изменением пространственного объёма, занимаемого одним атомом этой системы:

Р_n = (V₀ / V_n)P₀ (6)

где:

V₀ – объём атома в нормальных условиях (м³);

V_n – объём атома при давлении P_n (м³).

Если объём атома водяного пара в жидком состоянии принять за 1, то при переходе в газообразное состояние в нормальных условиях его объём увеличивается в 1674 раза, в связи с изменением диаметра электронных орбиталей, за счёт межфазового преобразования внутриатомного энергетического потенциала.

В связи с этим возникает вопрос, об объёме занимаемым одним атомом в нормальных условиях.

Для того чтобы узнать объём, занимаемый одним атомом, рассмотрим физические характеристики известных газов при нормальных условиях (20⁰С, 1 атм) приведённые в таблице.

Таблица

* Плотность углерода в газовом состоянии определялась по плотности углекислого газа.

Таким образом, сравнение газов по их наблюдаемой плотности, позволяет сделать следующие выводы:

1. Атом гелия имеет в своём составе два нуклона, а не четыре, как это сегодня принято считать;
2. Атом аргона также имеет вдвое меньше нуклонов, чем принято сегодня считать;
3. Все атомы газов при нормальных условиях имеют с точностью до 1% одинаковый объём, и соответственно радиус /1/ [6, с. 26-34].

В связи с этим можно сделать следующий вывод, что энергия упругости газа определяется силами, удерживающими электроны на их орбиталях. Иными словами, атом имеет внутренний энергетический потенциал, который может преобразовываться в кинергию при переходе из плотного состояния в газообразное, а температура в данном случае играет роль «спускового крючка», открывающего возможность фазового перехода, и высвобождения внутренней энергии атома.

В этом случае температура является внешним энергетическим фактором, запускающим процесс высвобождения энергии, потенциально сохраняющейся в атоме, пока он находится в плотном состоянии.

Так, для одного грамма воды, нагретой в замкнутом объёме до 500 ⁰С высвобождается 274,9 кДж. /2/ Для сравнения энергия одного грамма бензина позволяет получить не более 40 кДж. При этом, на перевод одного грамма воды из жидкого состояния в газообразное, надо израсходовать 3,6 кДж. В этом случае чистый энергетический потенциал одного грамма воды составляет 271,3 кДж.

Завершая проведенное исследование, следует отметить, что методология неоклассической физики позволяет находить и устранять ошибки классической физики на уровне атомного строения вещества, и выявлять зависимости, которые остаются ею незамеченными. Так, например, нагрев воды в замкнутом объеме позволяет получить более чем в 6 раз больше энергии, чем от сжигания углеводорода. «Сжигать нефть, все равно, что топить печку ассигнациями» Д. И. Менделеев.

Также следует обратить внимание на то, что неоклассическая физика устанавливает единый радиус атома, не зависящий от числа нуклонов в нём, что позволяет совершенно по-иному рассматривать связь атомов в молекулах.

Как показали предварительные исследования, кроме ковалентной связи в молекулах встречается так называемая нейтральная связь по границам атомов, например, в газообразном углероде, но что ещё более удивительно, не редкость, неизвестная в настоящее время, дистанционная связь атомов, взаимодействующих друг с другом в молекуле на некотором расстоянии между собой, характерная, например, для других газов [6, с. 26-34].

Примечания

/1/ Отклонение объёма от единицы связано с индивидуальными особенностями межатомного взаимодействия конкретного элемента. В целом для газов характерно дистанционное взаимодействие атомов. Исключение составляет углерод, у которого межатомное взаимодействие нейтрально по границе внешней электронной орбитали.

В многоатомных молекулах преобладает ковалентная связь, характерная перекрытием внешних орбиталей. Иногда встречаются случаи межатомного перекрытия до глубины второй и третьей орбиталей и более.

/2/ V₀ = 1674 см³ = 1,674*10^-3 м³; P_n = 1674 атм = 1,642*10⁸ Па

E = P_n*V₀ = 274871 Дж