ИЗОПРОЦЕССЫ В ИДЕАЛЬНОМ ГАЗЕ И ЦИКЛ КАРНО — ПРИНЦИПИАЛЬНО НОВЫЙ ВЗГЛЯД Брусин Л.Д., Брусин С.Д.[email protected]
Аннотация. Приводится принципиально новое объяснение получаемых параметров газа в различных изопроцессах и дается обоснование необходимости введения нового параметра для полной характеристики состояния тела.
Введение
В работе [1] рассмотрены основные положения термодинамики на базе бесчастичного эфира. При этом газ представлен состоящим из области молекул, между часичками которых находится эфир, и межмолекулярной области, которая настолько удалена от молекул (по сравнению с их малыми размерами), что плотности эфира в разных ее точках имеют небольшие отличия; будем считать эту область с равномерно распределенной плотностью. В этой же работе также рассмотрен изотермический процесс в идеальном газе и получен важный вывод для тел: «Совершение работы рабочим телом (или над телом) связано с поступлением в область молекул тела (или выделением из этой области) эквивалентного количества тепловой энергии в виде массы эфира; при этом происходит изменение расположения частичек молекул и увеличение (или уменьшение) массы молукул».
Внастоящей работе мы рассмотрим изохорный, изобарный и адиабатный процессы в идеальном газе, а также цикл Карно; при этом покажем распределение эфира между областью молекул и
межмолекулярной областью, а также дадим принципиально новое объяснение получаемым параметрам. В работе используется приводимое в [2] обоснование эфирной природы теплоты, согласно которой количество тепловой энергии Q характеризуется массой m эфира и определяется соотношением:
Q = mc2, (1)
где c — скорость света в эфирной среде околоземного вакуума.
Кроме этого, используется раскрытое в [3] важное свойство эфира производить давление в газах и получено соотношение:
P = dc2, (2)
где с — скорость света в эфирной среде околоземного вакуума,
d — плотность эфира, находящегося в межмолекулярной области.
Все результаты работы получены без необходимости наличия частиц в эфире, что подтверждает бесчастичную структуру (бесчастичное строение) эфира.
§ 1. Изохорный процесс в идеальном газе
В изохорном процессе количество поступившей тепловой энергии dQ приводит к повышению температуры на величину dT в соответствии с соотношением
dQ = CV· dT , (3)
где CV — мольная теплоемкость при постоянном объеме.
При этом величина тепловой энергии dQV1, поступившая в межмолекулярную область одного моля газа, определится:
dQV1 = R dT, (4)
а величина тепловой энергии dQV2, поступившая в область молекул, определится
dQV2 = (CV – R) dT, (5)
По соотношению (1) могут быть определены массы эфира, поступающие в межмолекулярную и молекулярную области. Так как объем межмолекулярной области остается неизменным, то плотность эфира в этой области увеличивается, что в соответствии с соотношением (2) и приводит к увеличению давления.
Так как величины CV и R соизмеримы, а объем молекулы значительно меньше объема межмолекулярной области, то при нагреве плотность эфира в области молекулы растет значительно быстрее, чем плотность эфира в межмолекулярной области и в соответствии с соотношением (2) будет быстрее расти давление эфира между частицами молекулы. Это приводит к раздвижению частичек молекулы, что подтверждается экспериментально. Так, например, при нагреве водорода расстояние между его атомами увеличивается и при высоких температурах получается атомарный водород.
На основании анализа изохорного процесса сделаем вывод: «Вся поступившая тепловая энергия приводит к повышению температуры и в виде эфира остается в газе, соответственно увеличивая массу и эфиросодержание газа; при этом часть эфира поступает в межмолекулярную область, а другая часть — в область молекул, раздвигая частички молекул».
§ 2. Изобарный процесс в идеальном газе
Величина тепловой энергии dQр1, поступившая в межмолекулярную область одного моля газа, определится:
dQр1 = R dT, (6)
а величина тепловой энергии dQр2, поступившая в молекулярную область одного моля газа, определится:
dQр2 = (Cр – R) dT, (7)
гдеCр — мольная теплоемкость при постоянном давлении.
Подставляя из соотношения Майера (Cр =CV + R) значениеCр в (7), получаем:
dQр2 =CV dT (8)
По соотношению (1) могут быть определены массы эфира, поступающие в межмолекулярную и молекулярную области.
Так как в изобарном процессе давление остается постоянным, то согласно соотношения (2) остается постоянным и плотность эфира в межмолекулярной области. Поэтому поступающая в межмолекулярную область тепловая энергия в виде массы эфира в соответствии с соотношением (6) приводит к повышению температуры, а неизменность плотности эфира здесь соблюдается за счет соответствующего увеличения объема.
Увеличение объема приводит к совершению газом работы, которая как указывалось в [1] связана с поступлением в область молекул эквивалентного количества эфира, приводящего к раздвижению частичек молекул.
Так как величина энергии, поступившая в молекулярную область в связи с увеличением температуры определяется соотношением (5), то, определяя разность между (8) и (5), получаем величину энергии, поступившей в молекулярную область в связи с произведенной работой dA:
dA = R dT (9)
Сравнивая (4) и (9), приходим к выводу, что в изобарном процессе величина энергии, характеризующая работу, такая же как и величина энергии, поступившей в межмолекулярную область в связи с увеличением температуры. Из (9) следует существующее определение, что универсальная газовая постоянная численно равна работе изобарного расширения моля газа при его нагревании на 1 К [4].
На основании анализа изобарного процесса сделаем вывод: «Вся поступившая тепловая энергия в виде эфира остается в газе, соответственно увеличивая массу и эфиросодержание газа; при этом масса эфира распределится: а) в межмолекулярной области в связи с увеличением температуры; б) в области молекул в связи с увеличением температуры; С) в области молекул в связи с произведенной работой и эта масса равна массе в п. а)».
§ 3. Адиабатный процесс в идеальном газе
Так как при адиабатном процессе из вне энергия не поступает, то изменение параметров газа происходит за счет перераспределения масс эфира между межмолекулярной областью и областью молекул.
При адиабатном расширении газ совершает работу, что связано с поступлением эквивалентного количества тепловой энергии (в виде массы эфира) в область молекул [1]. Так как из вне энергия не поступает, то она берется из межмолекулярной области, объем которой к тому же еще и увеличивается. Уменьшение массы эфира в межмолекулярной области при увеличении объема ее приводит к уменьшению плотности эфира в этой области, что согласно (2) и приводит к спаду давления. Причем этот спад более значительный по сравнению с изотермическим спадом, так как при изотермическом расширении уменьшение давления происходит только в связи с увеличением объема. Кроме этого, уменьшение массы эфира в межмолекулярной области при том же количестве молекул приводит к понижению температуры [1].
При адиабатном сжатии совершается работа над газом, что связано с выделением эквивалентного количества тепловой энергии (в виде массы эфира) из области молекул в межмолекулярную область [1]. Увеличение массы эфира в межмолекулярной области при уменьшении объема ее приводит к увеличению плотности эфира в этой области, что согласно (2) и приводит к увеличению давления. Кроме этого, увеличение массы эфира в межмолекулярной области при том же количестве молекул приводит к повышению температуры [1].
§ 4. Круговые процессы. Цикл Карно
Рис. 2
Круговым процессом или циклом называется такая совокупность термодинамических процессов, в результате которых система возвращается в исходное состояние [5]. При этом (как принято в современной науке) исходное состояние газа массой m определяется параметрами P, V и T. Рассмотрим термодинамический цикл Карно с учетом эфиросодержания газа МЭ, обоснованным в [1].
На рис. 2 в системе координат P, V схематически изображен равновесный прямой цикл Карно. В исходном моменте рабочее тело в точке 1 имеет параметры P1, V1, T1, МЭ1.
При изотермическом расширении 1 2 все полученное от нагревателя тепло ΔQ1 приводит к увеличению эфиросодержания газа на ΔМЭ1, поступая в виде эфира в области молекул, производя соответствующую работу; при этом увеличивается масса молекул и раздвигаются частички молекул. В результате этого рабочее тело в точке 2 имеет параметры P2, V2, T1, МЭ2. При этом
МЭ2 = МЭ1 + ΔМЭ1. (10)
При адиабатном расширении 2 3 работа совершается за счет поступления эфира из межмолекулярной области в область молекул, уменьшая температуру газа; при этом увеличивается масса молекул и раздвигаются частички молекул. Система переходит в состояние 3 с параметрами P3, V3, T2, МЭ2 (эфиросодержание не изменяется, так как система теплоизолирована).
При изотермическом сжатии 3 4 из области молекул выделяется количество эфира, эквивалентное работе сжатия; при этом уменьшается масса молекул и сдвигаются частички молекул, а выделенное количество эфира, характеризующее тепловую энергию ΔQ2, отдается холодильнику и соответственно на величину эфира ΔМЭ2 уменьшается эфиросодержание системы. В результате этого в точке 4 система имеет параметры P4, V4, T2, МЭ3. При этом
МЭ3 = МЭ2 — ΔМЭ2. (11)
Подставляя из (10) значение МЭ2 ,получаем
МЭ3 = МЭ1 + ( ΔМЭ1 — ΔМЭ2) (12)
При адиабатном сжатии 4 1 совершается работа над газом, в результате чего из области молекул в межмолекулярную область выделяется количество эфира, увеличивая температуру газа; при этом уменьшается масса молекул и сдвигаются частички молекул. В результате этого в точке 1 система имеет параметры P1, V1, T1, МЭ3 (эфиросодержание не изменяется, так как система теплоизолирована).
В результате описанного цикла Карно система совершила работу численно равную площади фигуры 12341 и эквивалентную разности между тепловой энергией, полученной от нагревателя ΔQ1, и тепловой энергией, отданной холодильнику ΔQ2. Соответственно на эту величину тепловой энергии произошло увеличение первоначального эфиросодержания системы согласно (12) на величину ( ΔМЭ1 — ΔМЭ2) ; это увеличение эфира поступило в область молекул; при этом увеличивается масса молекул и раздвигаются частички молекул.
Таким образом, в результате прямого кругового цикла совершается работа газом и на соответствующую величину увеличивается масса (и эфиросодержание) газа; при этом увеличивается масса молекул и раздвигаются частички молекул. В результате обратного кругового цикла совершается работа над газом и на соответствующую величину уменьшается масса (и эфиросодержание) газа; при этом уменьшается масса молекул и сдвигаются частички молекул.
На основании изложенного сделаем важный вывод: «В результате кругового цикла происходит изменение структуры в молекулах рабочего тела; это изменение тем больше, чем больше произведено (или затрачено) работы».
Заключение
Приведемосновные результаты работы:
1. При получении (или отдачи) телом тепловой энергии увеличивается (или уменьшается) масса тела на величину изменения его эфиросодержания.
2. При совершении работы телом (или над телом) соответствующее количество эфира поступает в область молекул (или выходит из этой области), увеличивая (или уменьшая) массу
молекул и раздвигая (или сдвигая) частицы молекул.
3. Тепловая энергия, затраченная на получение работы может быть получена из тела только при соответствующем количестве работы, произведенной над телом.
ЛИТЕРАТУРА:
1. ИДЕАЛЬНЫЕ ГАЗЫ С ПРИНЦИПИАЛЬНО НОВОЙ ПОЗИЦИИ http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/11006.html
2.ОСНОВЫ ТЕОРИИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ http://www.econf.rae.ru/pdf/2011/02/979d472a84.pdf
3. ВТОРАЯ ФОРМА МАТЕРИИ - НОВОЕ ПРО ЭФИРhttp://econf.rae.ru/pdf/2010/01/85422afb46.pdf §8.
4. Яковлев В. Ф. Курс физики. Теплота и молекулярная физика, М. «Просвещение», 1976, с. 24.
5. Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики, т.3. М. «Высшая школа», 1979, с.123.
Библиографическая ссылка
Брусин Л.Д., Брусин С.Д. ИЗОПРОЦЕССЫ В ИДЕАЛЬНОМ ГАЗЕ И ЦИКЛ КАРНО — ПРИНЦИПИАЛЬНО НОВЫЙ ВЗГЛЯД // Научный электронный архив.
URL: http://econf.rae.ru/article/5991 (дата обращения: 23.12.2024).
Прочитать публикацию в формате PDF
