Термодинамика

Предыдущая глава ( Агрегатные состояния )	Содержание книги	Следующая глава ( Тепловое излучение )

Соответствующая статья Википедии: Термодинамика

Определения

Теплота – хаотичное движение и равноправное механическое взаимодействие различных частиц:

• Реальные материальные частицы.
• Фотоны.
• Фононы Дебая (см. «Теплоемкость»).

Законы термодинамики не являются фундаментальными, и следуют из статистической теории системы частиц, возникшей благодаря молекулярно-кинетической теории, основанной М.В. Ломоносовым.

Давление – объемная плотность кинетической энергии частиц, отделяемая от внутренней (как бы некинетической) тепловой энергии, и создающая силы действия на макроскопические объекты в системе микрочастиц, например, давление на стенки сосуда. При отсутствии силовых полей, давление вместе с температурой стремится стать одинаковым по всему занимаемому объему (см. "Сплошная среда"). Уравнение суммарной кинетической энергии ("Система частиц", 13): \[PV=NkT\tag{1}\] Тепловое расширение тел происходит силами давления хаотично двигающихся частиц вещества. Наиболее низкий коэффициент теплового расширения имеют диэлектрические кристаллы, где все частицы жестко связаны (алмаз, кварц и т.д.).

Полная энергия равновесной системы или энтальпия ("Система частиц", 1), применимая для газов и жидкостей, находящихся вне силовых полей, имеет известное общее выражение: \[H=TS=U+PV\tag{2}\] \[U=CT\tag{3}\] \(U\) – внутренняя энергия теплового (колебательного, вращательного) движения частиц, которое не создает давление;
\(C\) – теплоемкость системы, зависящая от свойств, состояния и количества вещества;
\(P\) – давление в системе;
\(V\) – объем замкнутого пространства или удельный (молярный) объем.

Соотношение, получаемое из (1), (2), (3) сокращением \(T>0\): \[S=C+kN\tag{4}\] Теплоемкость, следовательно, аналогична энтропии:

• Определяется числом состояний системы.
• Равна сумме теплоемкостей частей системы. Поэтому можно использовать удельную (молярную) теплоемкость.

Молярная теплоемкость и молярная энтропия в системе СИ находятся в соотношении: \[S_M=C_M+kN_A=C_M+R\tag{5}\] где \(N_A\) – число Авогадро, \(R\) – универсальная газовая константа Менделеева.

Абсолютная величина энтропии физических тел определяется только формулами (4) и (5), поскольку статистический вес \(\Omega\) в общем случае не имеет определения.

Энтропия

Изменение энтальпии любой системы в результате теплообмена с внешней средой, приводит к изменению ее температуры и/или энтропии, но глобальная энтропия при теплообмене не снижается. Рост энтропии проявляется в увеличении занимаемого объема или в росте давления, если объем ограничен.

Что сдерживает рост энтропии вселенной, в которой все частицы естественно стремятся равномерно заполнить весь ее объем? Звезды и планеты, удерживающие своим тяготением жидкость и атмосферу, созданы вопреки принципу равномерного распределения микрочастиц в отсутствии силовых полей. Ограничить рост энтропии и структурировать материю могут только самоподдерживающиеся эфирные вихри, как источники всех полей.

В неравновесной системе, состоящей из частей с разными параметрами, сумма энергий частей равна энергии всей системы: \[PV=\sum{P_iV_i}=k\sum{N_iT_i}=NkT\tag{6}\] Давление пропорционально плотности (концентрации) частиц и температуре: \[P_i=\frac{N_i}{V_i}kT_i\tag{7}\] В жидкостях и газах могут существовать свободные вихри, где центральное статическое давление снижено по отношению к периферии. Вместе со статическим давлением также снижается температура или, при баротропном течении, плотность (концентрация) частиц, а значит теплоемкость и энтропия.

Эфир сам по себе не является системой частиц с термодинамическими параметрами, но может поддерживать стабильные макровихри, которые увлекают материальные частицы в вихревое движение. Это сдерживает рост энтропии и температуры вселенной.

Машины

Два вида термодинамических преобразований энергии

	Эксплозия	Имплозия
Примеры	взрыв, сгорание	вихрь, сжатие, объемный (вакуумный) взрыв
Объем	расширяется	сокращается
Энтропия	растет	падает в центре свободных вихрей
Преобразование	тепло -> давление	статическое давление -> динамическое давление давление -> тепло
Машина	камера сгорания, цилиндр, поршень	турбина, ротором может быть само рабочее тело
КПД	ограничен	неограничен, возможно «вечное» движение в эфирных вихрях

Эксплозия (взрыв) – принцип преобразования тепловой энергии в кинетическую энергию, появившийся после изобретения пороха. Поэтому традиционно применяется химическая энергия, и первые тепловые машины, в сущности, были похожи на огнестрельное оружие (цилиндр вместо ствола, поршень вместо снаряда).

Эффективность (КПД) тепловой машины не превышает относительного уменьшения энтальпии (полной энергии) рабочего тела в ходе преобразования: \[\eta\leq\frac{H_{ВХ}-H_{ВЫХ}}{H_{ВХ}}=1-\frac{H_{ВЫХ}}{H_{ВХ}}=1-\frac{T_{ВЫХ}S_{ВЫХ}}{T_{ВХ}S_{ВХ}}<1\tag{8}\] Теоретическая идеальная машина Карно не изменяет энтропию рабочего тела во время совершения им полезной работы, а только снижает его температуру. Верхнюю границу КПД (изоэнтропный КПД) реальных машин оценивают по формуле для машины Карно: \[\eta=1-\frac{T_{ВЫХ}}{T_{ВХ}}\tag{9}\] Имплозия, в терминологии изобретателя Шаубергера, обозначает естественный эффективный источник кинетической энергии постоянного сжатия вместо циклического расширения. Наиболее эффективные двигатели используют области постоянно повышенного давления в среде рабочего тела, приводящие среду в постоянное движение по всему ее объему. «Вечные» двигатели используют давление окружающего эфира.

Сравнение эффективности различных машин

Машина	Принцип	Максимум КПД
Паровая машина	Эксплозия с внешним сгоранием	10%
Двигатель Стирлинга	Эксплозия с внешним сгоранием	30%
Бензиновый поршневой ДВС	Эксплозия	30%
Дизельный ДВС	Эксплозия + имплозивное зажигание	40%
Турбонаддув для поршневого ДВС	+ имплозия	+10%
Авиадвигатель	Эксплозия + имплозия	40%
Паровая или газовая турбоустановка	Эксплозия + имплозия	40%
Идеальный поршневой двигатель (см. "Теплоемкость")	Эксплозия	50%
Ракетный двигатель	Эксплозия без поршня	60%
Парогазовая турбоустановка	Эксплозия + имплозия	60%
Теоретическая машина Карно с разностью температур 1000 – 100 °С	Эксплозия	70%
Двигатель Клема	Имплозия	–
Турбина Шаубергера	Имплозия	–

---

Предыдущая глава ( Агрегатные состояния )	Содержание книги	Следующая глава ( Тепловое излучение )