явления до настоящего времени не осознаны в должной мере, а по некоторым из них в свое время прошли ожесточеннейшие дискуссии.
Прежде всего до настоящего времени не выяснены многие физические процессы, связанные с понятиями теплоты и температуры. Конечно, сегодня уже ни у кого не вызывает сомнения факт реализации тепловой энергии в виде хаотического движения молекул в пространстве или колебаний молекул в твердом теле или жидкости. Однако до сих пор распределение энергии между степенями свободы молекул носит все еще гипотетический характер, а формы и сам механизм колебаний молекул в твердом теле и в жидкости практически не определены.
Каков механизм температуры в твердых телах и в жидкостях, какова форма колебаний молекул? Удар приходится по внешней электронной оболочке, почему же колеблется вся молекула? Относительно чего колеблется ядро и за счет каких упругих связей - межмолекулярных соединений или упругости самой электронной оболочки? Что колеблется при тепловом движении - вся масса молекулы, как пружинный маятник, или только деформируется электронная оболочка, колеблясь наподобие камертона, когда центр тяжести остается неподвижным в пространстве?
Что такое теплота плавления и испарения, каков механизм разрушения межмолекулярных связей?
Что представляют собой «электромагнитные излучения» остывающего тела и как вообще электрически нейтральная молекула, да еще имеющая малые размеры, может генерировать длинноволновое электромагнитное излучение?
Имеются природные процессы, явно не соответствующие «хорошо установленным» положениям термодинамики. Одним из таких процессов является образование устойчивых газовых вихрей типа смерчей и циклонов.
При формировании газового вихря происходит самопроизвольное сжатие тела вихря давлением окружающей вихрь атмосферы, что приводит не только к уменьшению его диаметра, но и к тому, что энергия его вращения возрастает за счет преобразования потенциальной энергии атмосферы в кинетическую энергию его вращения. При этом соблюдается Закон постоянства момента количества движения, и чем тоньше становится вихрь, тем больше энергии в него закачивается. В природе этот процесс наблюдается достаточно часто. Самопроизвольное накопление энергии при формировании газовых вихрей в принципе противоречит идее роста энтропии в природных процессах, в которых не участвует третий агент. Однако этот процесс, явно противоречащий Второму началу, практически не рассмотрен ни термодинамикой, ни газовой динамикой.
Совершенно недостаточна теория так называемых тепловых насосов - устройств для переноса тепловой энергии от теплоотдатчика с низкой температурой (чаще всего окружающей среды) к теплоприемнику с высокой температурой. Кстати, именно тепловые насосы со всей очевидностью демонстрируют условность представления о кпд - коэффициенте полезного действия.
Тепловой насос представляет собой обыкновенный холодильник, конденсор которого, расположенный на его задней стороне, используется в качестве нагре
вателя. Холодильник имеет не один кпд, а целых два, причем оба не укладываются в Начала термодинамики.
Если рассматривать холодильник как нагреватель, то его кпд выше единицы, т.к. в конденсоре он выделяет не только энергию, получаемую из сети, но еще и энергию, получаемую от охлаждения морозильной камеры. Обе эти составляющие энергии в конце концов превращаются в тепло, выделяемое конденсором в окружающую среду. И если из сети взято 100 Вт энергии, а из морозильника за счет охлаждения его содержимого еще 100 Вт, то в виде тепла в конденсоре выделится 200 Вт, и кпд, следовательно, будет равен 2.
Однако если тот же процесс рассмотреть с точки зрения морозильной камеры, то этот же холодильник будет иметь кпд, равный -1, поскольку морозильник не выделяет тепло, а отдает его.
Если морозильную камеру опустить в реку или в море, то тепло от охлаждения воды поступит в конденсор, например, для обогрева помещений. Построенные таким образом во всем мире «тепловые насосы» обладают кпд около 4, что очень выгодно энергетически. Однако теория подобных систем разработана явно недостаточно.
Имеется ряд трудностей прикладного характера, например, далеко не все ясно в теории и практике сгорания топлив в форсунках при высоких температурах.
В настоящее время найдено много процессов, в которых дополнительная энергия поступает из окружающего процесс пространства. Удовлетворительного объяснения официальная наука таким явлениям не дает, хотя они известны уже давно. Найдена серия несоответствий термодинамическим представлениям в биологии, в некоторых химических реакциях и т.д. Вероятно, можно найти и ряд других примеров недостаточности современной термодинамики.
В термодинамике, как и в каждой области физики, еще есть множество нерешенных проблем, которые требуют внимательного подхода и, конечно, на основе четких физических модельных представлений о внутренней физической их сущности. Термодинамические процессы нужно рассматривать с учетом всех иерархических уровней организации материи, чего до сих пор не делалось. Таким образом, термодинамика, как и всякая наука, должна развиваться и охватывать все более широкий круг явлений.
Литература к главе 10.
1. Закон сохранения и превращения энергии. М., Учпедгиз, 1958, 258 с.
2. Гельфер Я.М Закон сохранения и превращения энергии в его историческом развитии. М., Учпедгиз, 1958, 258 с.
3. Гельфер Я.М. Что такое теплота. М., Энергия, 1968, 128 с.
4. Гохштейн Д.П. Остановятся ли мировые часы? М.-Л., Госэнергоиздат. 1963.
5. Гухман А.А. Об основаниях термодинамики. М., Энергоатомиздат, 1986, 383 с.
6. Кошманов В.В. Карно, Клапейрон, Клаузиус. М., Просвещение, 1985.
7. Лазарев П.П. Энергия, ее свойства и иисточники. М., изд-во АН СССР, 1959, 278 с.
8. Лоренц Г А. Лекции по термодинамике. Пер. с англ. М.-Л., Гостехтеориздат, 1941, 156 с.
9. Максвелл Дж.К. Теория теплоты в элементарной обработке. Киев, изд-во Вестника по физике, 1888, 292 с.
