Термодинамика реальных процессов
Шрифт:
Магнитное - это последнее из числа семи истинно простых явлений, составляющих фундамент мироздания и ОТ. Упомянутое выше восьмое СД-явление я здесь не рассматриваю; оно настолько интересно, что после накопления должного количества фактов ему придется посвятить отдельную монографию. Все последующие излагаемые в настоящей монографии явления суть условно простые.
Любопытно, что каждое истинно простое явление есть прежде всего соответствующее специфическое вещество. Все эти вещества подчиняются закону сохранения, и только одно из них - метрическое - обладает массой, размерами, силой тяжести. Следовательно, глубоко правы были те исследователи, которые в прошлом веке пытались объяснить все явления природы с помощью особых
19. Условно простое химическое явление.
Прежде всего остановимся на явлениях, которым в современной теории в качестве экстенсора принято приписывать массу. Чтобы отличить одно явление от другого и знать, какая часть массы системы участвует в процессе, экстенсору m и интенсиалу ? присвоены соответствующие индексы. В свете изложенных выше соображений должно быть ясно, что подобного рода явления суть условно простые, в частности, к ним относится и химическое.
Главная специфическая особенность химического явления связана с химическими превращениями веществ. В 1874 г. Гиббс при термодинамическом анализе химических превращений впервые в качестве экстенсора использовал массу mх , а в качестве интенсиала - так называемый химический потенциал ?х (Дж/кг). Химическая работа, по Гиббсу [60],
dQx = ?хdmx = dU (267)
В действительности химическому явлению нельзя сопоставить какое-либо специфическое простое химическое вещество. Химическое явление включает в себя несколько истинно простых явлений - метрическое, электрическое и т.д., поэтому представление Гиббса можно принять лишь с известными оговорками. Чтобы не путать условно простое явление химических превращений с другими явлениями, которые тоже принято описывать с помощью массы, величины mх и ?х в формуле (267) я предложил именовать химиором и химиалом соответственно [21, с.109] [ТРП, стр.279].
20. Условно простое фазовое явление.
Фазовые превращения - плавление, затвердевание, испарение, конденсация, сублимация, кристаллизация из газовой фазы и т.д.
– тоже принято описывать с помощью выражения типа (267). Имеем
dQф = ?фdmф = dU (268)
где ?ф - фазовый интенсиал, или фазиал, Дж/кг. Величину mф можно назвать фазовой массой, или фазиором [20, с.303; 21, с.109]. Фазовым превращениям нельзя приписать какое-либо особое простое фазовое вещество, поэтому фазовое явление относится к категории условно простых [ТРП, стр.279-280].
21. Условно простое дислокационное явление.
Установлено, что распространение в теле дислокаций сопровождается излучением фотонов из дислокационной зоны, что можно рассматривать как соответствующий эффект диссипации; наблюдается также взаимное влияние дислокационного, вермического, фазового, электрического и других явлений. Все это может служить основанием для изучения дислокационного явления методами ОТ, такой подход сулит много новых возможностей.
В качестве условного экстенсора (дислокациора), как и в случае химического явления (267), можно использовать массу тдс, тогда дислокационная работа
dQдс = ?дсdmдс = dU (269)
где ?дс - химический потенциал применительно к дислокационному явлению, или дислокациал, Дж/кг. Этому явлению нельзя сопоставить какое-либо специфическое простое дислокационное вещество, следовательно, оно не относится к категории
22. Условно простое диффузионное явление.
В 1855 г. Фик сформулировал известный закон диффузии, в котором в качестве движущей силы процесса фигурирует градиент концентрации диффундирующего вещества, а объектом переноса служит масса. Впоследствии были обнаружены недостатки такого представления и концентрация была заменена на более удачную величину - химический потенциал. В соответствии с этим диффузионную работу можно записать в виде
dQдф = ?дфdmдф = dU (270)
где ?дф - химический потенциал применительно к процессам диффузии, или диффузиал, Дж/кгmдф - диффузионный экстенсор, или диффузиор, кг.
Диффузионный процесс не относится к числу истинно простых явлений, ибо не располагает собственным специфическим экстенсором [ТРП, стр.280].
23. Условно простое гидродинамическое явление.
Процессы течения жидкости и газа обычно определяются с помощью известного закона вязкостного трения Ньютона, согласно которому сила трения пропорциональна градиенту скорости, причем коэффициентом пропорциональности служит так называемая динамическая вязкость. Однако закон Ньютона не содержит необходимых для наших целей понятий.
Чтобы справиться с возникшей трудностью, на гидродинамическое явление был распространен общий закон переноса ОТ [13, с.150; 21, с.110]. Согласно этому закону, роль экстенсора в гидродинамическом явлении может играть масса mг или объем Vг , а роль движущей причины переноса (интенсиала) - химический потенциал ?? или давление Рг ; при этом работа записывается в форме
dQг = ?гdmг = dU (271)
или
dQг = ргdVг = dU (272)
Такую работу совершает вещество, протекшее в количестве dmг или dVг через сечение с интенсиалом ?г или рг . Процессы течения не обусловлены существованием какого-либо простого специфического гидродинамического вещества, поэтому они являются условно простыми [ТРП, стр.281].
24. Условно простое фильтрационное явление.
Фильтрационное явление тоже связано с распространением жидкости или газа, но в данном случае речь идет об их течении в узком канале, например в отдельном капилляре или капиллярно-пористом теле. С количественной стороны процесс фильтрации описывается с помощью известного закона Дарси (1856 г.). Этот закон есть частный случай общего закона переноса ОТ. В качестве экстенсора может быть выбран объем Vфт (как у Дарси) либо масса mфт профильтровавшейся жидкости, им соответствуют интенсиалы – давление рфт или химический потенциал ?фт , причем работа фильтрации определяется по формуле типа (271) либо (272). Фильтрационное явление имеет важное значение при сушке капиллярно-пористых тел, в процессах кристаллизации, когда жидкая фаза фильтруется между сеткой кристаллов, при скольжении жидкости или газа вдоль поверхности раздела под действием разности интенсиалов и т.п.
Исторически сложилось так, что гидродинамическое и фильтрационное явления оценивались с помощью разных законов - вязкостного трения Ньютона и фильтрации Дарси, но было принято считать, что в принципиальном отношении суть этих явлений одна и та же. В ОТ, наоборот, указанные явления описываются одними и теми же законами, но в то же время подчеркивается существенное различие между самими явлениями.
Специфика фильтрационного явления заключается в том, что поток соприкасается с инородным телом - стенками канала, которые резко изменяют все термодинамические свойства пристеночного слоя жидкости и благодаря этому наделяют процесс течения некоторыми новыми характерными чертами, проявляющимися тем сильнее, чем больше площадь поверхности соприкосновения, приходящаяся на единицу объема жидкости, то есть чем большая доля объема жидкости претерпевает изменения свойств.