Страница 54 из 150
Процессы взаимного изменения интенсиалов равносильны «перекачиванию» экранированного термического вещества из каналов одних степеней свободы системы в каналы других, ибо в одних каналах количество этого вещества уменьшается, а, в других возрастает и наоборот. В этом смысле степени свободы несколько напоминают сообщающиеся сосуды, заполненные экранированным термическим веществом. Перекачивание осуществляется при неукоснительном соблюдении семи начал ОТ, причем во всех этих процессах особая роль принадлежит, как непосредственно ясно, термическому веществу, которое может превращаться из экранированного в основное и наоборот, но его общее количество сохраняется строго неизменным.
Напомню, что интенсиалами служат квадрат скорости, температура, давление, электрический и химический потенциалы и т.д. Следовательно, седьмое начало в принципе разрешает изменять скорость, температуру, давление, электрический и химический потенциалы и т.д. изолированной системы с помощью ее внутренних средств («сил»). Этот вывод хорошо перекликается с обобщенным третьим законом Ньютона, допускающим при взаимодействии неравенство сил действия и противодействия. Неравенство сил имеет своим следствием возможность нарушения закона сохранения количества и момента количества движения, что может сопровождаться изменением скорости изолированной системы - ее «движением за счет внутренних сил». Ниже, в гл. XXI, рассматриваются некоторые конкретные способы осуществления подобных экзотических процессов, что подтверждает справедливость всех этих выводов.
Седьмое начало позволяет сделать еще один интереснейший вывод-прогноз, касающийся конкретных условий осуществления процессов преобразования энергии внутри отдельно взятого тела, но уже с участием окружающей среды, из которой заимствуется теплота и непосредственно, с КПД 100%, превращается в другие формы энергии. Для определенности предположим, что к системе, например электрическому конденсатору, извне подводится электрический заряд. Надо, чтобы у системы электрическая степень свободы была сильно связана с термической, то есть соответствующие коэффициенты уравнения состояния были бы значимыми и подвод электрического вещества сопровождался бы ростом температуры. Тогда при заряжании система несколько разогревается, а при разряжании охлаждается, но происходит это с определенной инерцией, запозданием. В результате заряд подводится к конденсатору при пониженном по сравнению с безынерционным случаем потенциале, а отводится при повышенном. На диаграммах в осях координат «электрический потенциал - электрический заряд» и «температура - мера количества термического вещества» образуются как бы своеобразные петли гистерезиса. Площадь электрической цепи гистерезиса соответствует приращению электрической энергии за цикл, а площадь термической петли - убыли количества тепла за тот же цикл, причем эти количества между собой равны. Итогом кругового процесса является охлаждение конденсатора и подвод к нему из окружающей среды эквивалентного количества тепла.
Для получения ощутимого эффекта преобразования описанный круговой процесс заряжания-разряжания необходимо повторять многократно, например, путем организации незатухающего колебательного контура с конденсатором и индуктивностью. Выбирая подходящий конденсатор, надо иметь в виду, что на величину эффекта влияют свойства - уравнения состояния - обкладок и диэлектрика, а также носителей электрического вещества, ибо все эти элементы внутри системы органически между собой связаны. В принципе таким способом можно осуществить самоподдерживающийся процесс, без внешнего возбуждения колебательного контура, но с обязательным начальным пусковым электрическим импульсом на обкладках конденсатора.
Чтобы нагляднее представить себе процесс в конденсаторе, можно провести некоторую аналогию с газом, сжимаемым в цилиндре с поршнем. Роль электрического заряда условно играет газ, обладающий термической и механической степенями свободы, а роль конденсатора - цилиндр с поршнем. При сжатии, что соответствует заряжанию конденсатора, температура газа растет, от газа несколько нагреваются цилиндр с поршнем. При последующем расширении газа, потерявшего определенную энергию, давление следует уже другому закону, чем при сжатии. В результате на механической и термической диаграммах тоже образуются соответствующие петли гистерезиса.
Для подтверждения высказанного вывода-прогноза можно сослаться на исключительно интересные опыты И.Е. Заева с нелинейным керамическим конденсатором варикондом. Эти опыты показывают, что при циркуляции в колебательном контуре 1 кВт электрической мощности приращение последней за счет подведенной к конденсатору извне теплоты составляет 200-250 Вт (см. намек в статье [44]).
Таким образом, седьмое начало ОТ открывает двери в совершенно новую область энергетической инверсии, связанную с возможностью изменения одних интенсиалов за счет других в изолированной системе, а также с возможностью преобразования теплоты окружающей среды - воздуха, воды или земли - в другие формы энергии (см. еще гл. XXIII и XXIV). Это приобретает особую ценность в современных условиях, когда происходит быстрое истощение энергетических ресурсов планеты. Седьмое начало позволяет также по-новому взглянуть на проблему обратимости и необратимости термодинамических процессов и скорректировать бытующие в этой области представления, что имеет не менее важное теоретическое и практическое значение [ТРП, стр.197-205].
6. Некоторые экспериментальные результаты.
Из уравнений (220) и (222), обобщенных седьмым началом, видно, что процессы заряжания и экранирования описываются внешне похожими формулами. Вместе с тем мы теоретически установили, что в физическом плане эти процессы имеют весьма существенные различия. При заряжании данным веществом происходит изменение сопряженного с этим веществом интенсиала системы, никаких других побочных эффектов не наблюдается. При экранировании изменение данного интенсиала потока сопровождается выделением или поглощением термического вещества, что является эффектом, дополнительным по отношению к основной степени свободы системы. При экспериментальной проверке седьмого начала надо особое внимание обратить на вывод о независимости процесса заряжания от каких бы то ни было побочных эффектов, в частности от эффекта выделения или поглощения термического вещества. Именно это свойство сильнее всего отличает заряжание от экранирования, в дальнейшем оно окажет неоценимые услуги при объяснении многих кажущихся парадоксальными явлений природы. Проверочные опыты целесообразно спланировать так, чтобы основная степень свободы отличалась от термической. Тогда при наличии одновременно заряжания и экранирования невозможно будет спутать эти два процесса.
Указанным требованиям хорошо удовлетворяет процесс заряжания конденсатора электрическим зарядом. В этом опыте основная степень свободы - электрическая - не совпадает с экранируемой термической, что дает возможность легко отделить одно явление от другого. Кроме того, электрические и тепловые величины поддаются сравнительно точному измерению.
Будем считать, что конденсатор заряжается равновесно (см. параграф 1 гл. XVI), то есть практически при равномерном распределении потенциала в его объеме. Для этого в цепь конденсатора включается достаточно большое сопротивление R , на которое приходится почти все падение потенциала. В результате разностью потенциалов в сечении конденсатора допустимо пренебречь. Можно также пренебречь емкостью сопротивления. Это значит, что к конденсатору должен быть применен только закон заряжания, а к сопротивлению - только закон экранирования.
Согласно закону заряжания, подвод (или отвод) заряда ? к конденсатору связан с совершением работы Q3 и изменением энергии последнего на величину (см. уравнения (61) и (220))
U?3 = Q3 = (1/2)?? = (1/2)К??2 (231)
где ? - потенциал, до которого заряжается конденсатор; К? - электроемкость этого конденсатора. Множитель 1/2 появляется вследствие того, что поступающие в конденсатор порции заряда d? испытывают изменения потенциала в пределах от 0 до ? , поэтому для них среднее значение потенциала за процесс составляет (1/2) ?.