Введение
В [1] раскрывается сущность открытой новой формы материи: она представляет сплошную массу материи, не содержащую частиц и пустоты; ее целесообразно именовать бесчастичная материя (б. материя). Эта материя заполняет все пространство Вселенной и существует совместно с другой формой материи — частицы. В [2] сделан вывод: тепловые процессы необходимо пересмотреть на основе показанной вещественной природы теплоты, характеризующей энергию Q массой m бесчастичной материи в соотношении Q=mc2 , (1)
где с — скорость света в вакууме (точнее, в околоземной оболочке б. материи).
- ПРИНЦИПИАЛЬНО НОВОЕ ПОНИМАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ
Тепловые процессы обычно рассматривают на газах. Поэтому рассмотрим строение газов на основе открытия бесчастичной формы материи.
- 1. Строение газов
На рис.1показаны 2 молекулы водорода. Атом водорода состоит из протона (+p) и электрона (–е), находящегося на определенном расстоянии от протона в соответствии с потенциалом ионизации электрона. Плотность б. материи в атоме наибольшая (обозначена черным цветом), так как она притягивается протоном и электроном, а их плотность очень высокая. При этом по мере удаления от электрона и протона плотность б. материи уменьшается. Так как электрон и протон не находятся в одной точке, то атом вблизи себя образует электростатическое поле, благодаря чему два атома соединяются в молекулу. Плотность б. материи в области молекулы обозначена темным
Рис.1. Строение газов
цветом; она будет меньше, чем в атоме, и уменьшается по мере удаления от атомов. Между областями молекул выделим межмолекулярную область. Эта область настолько удалена от частичек молекул (по сравнению с их малыми размерами), что плотности б. материи в разных ее точках имеют небольшие отличия; будем считать эту область с равномерно распределенной плотностью; плотность б. материи здесь обозначена менее темным цветом. В газах межмолекулярная область занимает основной объем, а в идеальных газах — принимается весь объем, так размеры молекулы принимаются ничтожно малыми по сравнению с расстояниям между молекулами. В дальнейшем будем рассматривать две области: молекулярную, состоящую из частичек с б. материей различной плотности между ними, и межмолекулярную, заполненную б. материей Аналогично строение и других газов, имеющих большее количество элементарных частиц.
- 2. Параметры теплового состояния газа
Параметрами теплового состояния газа определенной массы m считаются давление P, объем V и температура T [3]. Современное научное представление предполагает, что давление в газах обусловлено ударами о стенку большого числа хаотически движущихся молекул. Однако нет ни одного эксперимента, в котором наблюдались бы такие удары. B [2] показано важное свойство б. материи производить давление в газах, и получено соотношение:
P = dc2, (2)
где d — плотность б. материи, находящейся в межмолекулярной области.
В идеальных газах (как мы отмечали выше) принимается, что весь объем приходится на межмолекулярную область, но молекулярная область имеет большое значение, так как в ней содержится значительная часть б. материи. Так как вещественная природа теплоты характеризует тепловую энергию массой б. материи согласно (1), то температура будет связана с массой б. материи. Математически эту зависимость определим ниже при рассмотрении уравнения состояния идеального газа.
- 3. Уравнение состояния идеального газа
Уравнение состояния моля идеального газа имеет вид:
PV = RT, (3)
где R — универсальная газовая постоянная [3].
С учетом соотношения (2) левая часть уравнения принимает вид:
PV = dVc2, (4)
но произведение плотности б. материи d на занимаемый ей объем V есть масса m1 б. материи, находящейся в межмолекулярной области.
Тогда соотношение (4) принимает вид:
PV = m1· c2. (5)
Правая часть соотношения (3) в соответствии с (1) характеризует количество тепловой энергии Q1, находящейся в межмолекулярной области. Поэтому соотношение (5) можно представить в виде:
PV = m1· c2 = Q1. (6)
Это соотношение свидетельствует о том, что произведение давления идеального газа на занимаемый им объем определяется находящейся в межмолекулярной области массой б. материи, характеризующей соответствующую величину тепловой энергии в этой области. Из (3) с учетом (6) имеем:
R = Q1 / Т (7)
Отсюда следует, что универсальная газовая постоянная определяется количеством массы б. материи (количеством тепловой энергии), поступающей в межмолекулярную область одного моля при нагреве газа на 1 K.
Поделив обе части выражения (7) на число Авогадро NА, получим выражение для постоянной Больцмана k:
k = Q1 / Т NА (8)
Отсюда следует, что постоянная Больцмана определяется количеством массы б. материи (количеством тепловой энергии), поступающей в межмолекулярную область одной молекулы при нагреве газа на 1 K.
Из соотношения (8) имеем:
T = Q1 / k NА (9)
Отсюда следует, что температура газа определяется количеством массы б. материи (количеством тепловой энергии), приходящейся на межмолекулярную область одной молекулы. Таким образом, каждая молекула идеального газа удерживает в своей межмолекулярной области определенную массу б. материи, соответствующую температуре газа.
- 4. Изотермический процесс в идеальном газе
Так как при неизменной температуре масса б. материи в межмолекулярной области остается неизменной, то, следовательно, вся масса б. материи (характеризующая количество поступающей тепловой энергии) идет в область молекул, изменяя их структуру и увеличивая их массу. С другой стороны известно, что в изотермическом процессе величина произведенной работы равна количеству поступающей тепловой энергии.
Отметим, что в современной науке считается, что тепловая энергия преобразуется в работу. Теперь понятно, что при совершении работы соответствующая тепловая энергия в виде массы б. материи поступает в область молекул, увеличивая массу молекул и изменяя их структуру.
Понятно, что при совершении работы над газом соответствующая масса б. материи выделяется из области молекул, уменьшая соответственно массу молекул и изменяя их структуру.
Этот результат позволяет правильно решать важнейшие научные проблемы. Так, например, становится понятно, почему при трении (работе над телом) происходит выделение тепловой энергии: она выделяется из области молекул. Известно, что невозможность объяснения этого с позиций вещественной гипотезы о природе теплоты явилось важным фактором в поражении этой гипотезы и в победе современной кинетической гипотезы [4]. Приведем другой пример: так как при совершении телом (или над телом) работы изменяется структура молекул, то это может привести к разрушению тела; этим и объясняется усталость материалов.
Выводы: 1. Раскрыта физическая сущность температуры тела, универсальной газовой постоянной и постоянной Больцмана.
- Показана зависимость массы молекул и их структуры от произведенной телом (или над телом) работы.
- ОСНОВЫ ТЕОРИИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ
Отметим, что в современной науке нет такой теории, и тепловая энергия получается экспериментальным путем за счет сжигания органического и ядерного топлива.
- 5. Принцип получения тепловой энергии
Так как в пространстве между телами и частицами всех тел находится бесчастичная форма материя, масса которой характеризует тепловую энергию, то принцип получения тепловой энергии заключается в выделении массы этой материи из пространства между телами и частицами тел. Вокруг частиц и тел имеются оболочки б. материи [2]. При сближении частиц из этих оболочек выделяется б. материя, характеризующая тепловую энергию. То же происходит при сближении тел. Экспериментально это наблюдается при сближении массивных черных дыр, в оболочках которых плотность б. материи очень высокая; поэтому выделяется очень большое количество энергии, которая наблюдается в виде гравитационных волн.
- 6. Существующие способы получения тепловой энергии
6.1. Тепловая энергия при горении вещества и при химических реакциях
Процесс горения представляет экзотермическую реакцию горючего вещества с окислителем (кислородом). Например, рассмотрим реакцию при горении угля:
С + О2 = СО2 + Q (10)
Наглядно соединение молекул углерода и кислорода показано на рис.2, где молекулы углерода С и О2 до соединения окружены оболочками б. материи.
Справа показано соединение молекул после реакции; сила электростатической связи молекул уравновешивается силой давления б. материи, характеризующейся ее плотностью в оболочке [2]. Из рис. 2 видно, что объединяющая оболочка б. материи меньше суммы оболочек до реакции, а освобожденная масса б. материи ∆m свидетельствует о наличии дефекта массы, т.е. сумма масс молекул углерода и кислорода больше массы молекулы СО2 . Этой освобожденной массе б. материи соответствует полученная тепловая энергия Q = ∆m∙c2.
Рис. 2. Выделение энергии при соединении молекул С и О2
Но реакция (10) не проходит при холодном угле. Это объясняется тем, что молекулы углерода в угле связаны между собой, и для осуществления реакции нужно ослабить эту связь, т.е. раздвинуть атомы. Это производится добавлением б. материи поверхностным атомам угля, то есть, подогревом угля до тех пор, когда начнется реакция соединения с кислородом. Часть полученного тепла идет на раздвижение следующих атомов угля и, таким образом, продолжается процесс горения.
Отметим, что все химические реакции проходят аналогично реакции (10); при этом в эндотермических реакциях поступающая тепловая энергия размещается в левой части уравнения.
6.2. Тепловая энергия при распаде и синтезе ядер
Получение тепловой энергии при ядерных реакциях происходит аналогично химическим реакциям, только в ядрах соединение нуклонов (протонов и нейтронов) происходит за счет ядерных сил, природа которых раскрыта в [2]; эти силы уравновешиваются силами давления б. материи, находящейся между нуклонами. Каждому количеству нуклонов соответствует их определенное положение в ядре (определенная упаковка нуклонов). Удельная энергия связи нуклонов увеличивается с увеличением числа нуклонов до 40 (кальций), а затем уменьшается; особенно большое уменьшение идет после числа нуклонов 96 (молибден) [5]. Поэтому при распаде, например, ядра урана (рис.3) масса полученных ядер меньше массы исходного ядра за счет выделения б. материи на величину дефекта массы ∆m, характеризующего выделенную тепловую энергию Q = ∆m∙c2. Для распада урана достаточно добавить один нейтрон.
При синтезе легких ядер получается ядро с более плотной упаковкой нуклонов, и масса этого ядра меньше массы ядер синтеза на величину дефекта массы, характеризующего выделенную тепловую энергию. Характерной реакцией является соединения двух дейтронов. Но для прохождения этой реакции нужно ослабить связь нейтрона с протоном в дейтроне, что делается сообщением дейтронам определенного количества тепловой энергии подобно тому, как это было показано в §6. Но для этого дейтроны нужно нагреть до очень высокой температуры (примерно 109К); поэтому и название термоядерный синтез, но в промышленных масштабах управляемую такую реакцию пока осуществить не удается.
Рис. 3. Получение тепловой энергии при распаде ядра урана
6.3. Тепловое действие тока
При движении электронов происходит сжатие их оболочек с оболочками атомов, в результате чего происходит выделение массы б. материи, характеризующей тепловую энергию.
- 7. Новые пути получения тепловой энергии
7.1. Аннигиляция вещества с антивеществом
Этот путь основан на том, что при аннигиляции электрона и позитрона их массы переходят в массу б. материи, характеризующую тепловую энергию [2]. Это же происходит при аннигиляции вещества и соответствующего ему антивещества (например, водорода и антиводорода). Но в пределах солнечной системы антивещества нет, а его значительное количество при аннигиляции может привести к катастрофе в связи с большим выделением энергии по соотношению Q = m∙c2, где m – масса аннигилирующих веществ.
7.2. Превращение всей массы вещества в энергию
Так как все частицы и вещества состоят из б. материи [2], то надо искать обратный путь превращения вещества в б. материю. Этот путь позволит всю массу вещества превратить в энергию, что в тысячу раз эффективней современной ядерной энергетики. Кроме этого, это экологически чистый путь. Поэтому научная разработка этого пути имеет большое значение.
7.3. Получение энергии из космоса
Громадные космические просторы заполнены б. материей, связанной с космическими телами. Задача сводится к извлечению этой б. материи (и, наверное, в первую очередь околоземной б. материи), что даст тепловую энергию. Попытки получения этой энергии проводятся и в настоящее время, но без понимания сущности процесса.
Вывод: Раскрыт принцип получения тепловой энергии, заключающийся в выделении массы б. материи из пространства между телами и частицами тел. Это позволяет правильно понять существующие способы получения тепловой энергии и разрабатывать новые пути ее получения.
Литература:
- Брусин С.Д., Брусин Л.Д. “Открытие новой формы материи и решение проблемы темной материи. Важнейшая особенность коллайдера”. Евразийский союз ученых № 1 (34) 2017, ч.1, с. 83.
- Брусин С.Д.“Открытие новой формы материи и анализ фундаментальных положений науки”. Евразийский союз ученых № 2 (35) 2017, ч.1, с. 58.
- Яковлев В. Ф. Курс физики. Теплота и молекулярная физика, М. «Просвещение», 1976, с. 6.
- Эйнштейн А. Собр. научных трудов, т.4. М. «Наука», 1965, с. 385.
- Савельев И. В. Курс физики, т. III, 1979, М. “Высшая школа”, с. 370.[schema type=»book» name=»ОТКРЫТИЕ НОВОЙ ФОРМЫ МАТЕРИИ И ПРИНЦИПИАЛЬНО НОВОЕ ПОНИМАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ» description=» Приводится сущность открытой новой формы материи, на основании чего раскрывается принципи-ально новое понимание тепловых процессов, принцип получения тепловой энергии и разъясняются имеющиеся и новые пути ее получения. » author=»Брусин Станислав Давидович, Брусин Леонид Давидович» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-05-16″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 30.04.2017_04(37)» ebook=»yes» ]