Naukowy.pl

Ścisłe => Fizyka => Dyskusje => Wątek zaczęty przez: bogdanfiz w Grudzień 20, 2014, 01:10:37 pm

Tytuł: Ciepło właściwe-pojemność cieplna.
Wiadomość wysłana przez: bogdanfiz w Grudzień 20, 2014, 01:10:37 pm

Będę rozważać ten problem w kontekście objętościowym. Weźmy w zależności od potrzeby  np. sześcienne  naczynie wykonane z materiału  mniej lub bardziej  przepuszczającego fotony termiczne.  Wypompujmy  z niego cząsteczki powietrza wraz z częścią fotonów. Z częścią, gdyż prędkość fotonów jest nieporównywalnie większa od prędkości wypompowywania gazu(zarys problemu). W czasie wypompowywania w naczyniu dochodzi do wydostawania się, ucieczki  części fotonów z gazu. Inaczej tego nie przeprowadzimy, gdyż gaz jest mieszaniną cząsteczek i fotonów(mikrocząsteczek). Im gwałtowniejsze jest wypompowywanie, tym temperatura początkowa wnętrza jest niższa. Po pewnym czasie w wyniku przepływu  fotonów z otoczenia do wnętrza - ich gęstości  w naczyniu i otoczeniu wyrównają  się.  Termometr we wnętrzu naczynia wskaże temperaturę otoczenia. W ten sposób  w naczyniu została zgromadzona pewna  energia w postaci fotonów. Rozważmy proces  odwrotny. Otoczmy teraz to opróżnione  naczynie  np. warstwą  wody o temperaturze niższej od temperatury jego wnętrza. Przy zachowaniu odpowiednich warunków izolacyjnych, czasowych  część fotonów z wnętrza naczynia przeniknie do wody, ogrzewając  ją. Temperatura wody i wnętrza wyrówna się. Ten eksperyment  pokazuje, że  zamknięte naczynie pozbawione cząsteczek  gazu też posiada pewną pojemność  cieplną-fotonową. Weźmy pod uwagę  pełne  wewnętrznie  sześcienne  próbki materii  o tej samej objętości wykonane np. z metalu, suchego  drewna, styropianu itd. (cieczy, gazów). Umieśćmy je w otoczeniu o temperaturze wyższej od ich własnych temperatur. Co obserwujemy?  Fotony z otoczenia  w różnym stopniu, z różną  intensywnością będą przenikać  do ich wnętrz. Po pewnych  różnych czasach  temperatury tych ciał wyrównają się z temperaturą otoczenia. W przypadku metali proces przenikania fotonów będzie dosyć intensywny, gdyż dopasowanie  bezwładnościowe fotony-elektrony jest w miarę dobre.  W relacjach fotony-elektrony dochodzi do ciągłej absorpcji-emisji fotonów.  Dochodzi tam także  do  pewnych wewnętrznych  odbić  fotonów, drgań atomów.  Dlatego też metale są dobrymi przewodnikami  fotonów-ciepła.  W   strukturze  suchego  drewna, styropianu itp. mieści się ogromna ilość powierzchni  odbijających fotony (pustki strukturalne). Brak tam jest także „swobodnych” ładunków elektrycznych.  Z tych  powodów  przenikanie, wnikanie fotonów  w głąb takich struktur jest znacznie utrudnione.  W  takich  pustkach może  gromadzić  się,  poruszać  się  znaczna ilość fotonów ( w pewnym sensie  częściowo uwięzione  fotony-energia). Czasy rozgrzewania  takich obiektów są stosunkowo długie. Takie struktury potrafią jednak uwięzić, zgromadzić  w sobie  znaczną energię fotonową.  Ogólnie  pojemności cieplne takich materiałów są stosunkowo  większe od pojemności cieplnych metali.  Fizycy muszą sobie uzmysłowić raz na zawsze, że gaz to mieszanina cząsteczek i fotonów wraz  z relacjami tam zachodzącymi (absorpcja, emisja, odbicie fotonów, zderzenia cząsteczek). W przestrzeni  międzycząsteczkowej gazu występuje próżnia-pustka, w której porusza się ogromna ilość fotonów-energii. Dlatego w przyziemnych warstwach atmosfery panuje wyższa temperatura. Dzięki  temu gazy ogólnie  charakteryzują się  dużą  pojemnością  cieplną. W metalach ogromna ilość elektronów, duże upakowanie materii jakby przeszkadzały  w  gromadzeniu  się, zagnieżdżeniu się  większej ilości fotonów.  Występują tam  ciągłe absorpcje, emisje , odbicia fotonów, drgania atomów. Metale szybko „nasycają” się fotonami. Dlatego pojemności cieplne metali są stosunkowo małe. Proces absorpcji fotonów, rozgrzewania materii jest procesem w miarę powolnym. Przy złożonej strukturze mikroobiektu nie każdy kontakt fotonu z  mikroobiektem  musi się kończyć jego absorpcją. Dochodzi tam do próbkowania, tzn. musi dojść do spotkania fotonu  z odpowiednim miejscem pułapkowania w mikroobiekcie. W innym przypadku doszłoby do natychmiastowego rozgrzania materii, czego nie obserwujemy w przyrodzie.  Na „idealnie” wypełnionych strukturalnie metalowych powierzchniach lustrzanych  dochodzi  do  prawie całkowitego odbicia  fotonów. W trakcie tego odbicia poprzeczne prostopadłe zmienne  pole E-M powoduje drgania  elektronów. Dlatego tak trudno  rozgrzać  takie  powierzchnie.  Chyba, że na taką  powierzchnię skierujemy wiązkę laserową o dużym natężeniu,  w której intensywność poprzecznego pola E-M będzie na tyle duża, że dojdzie tam  do  znacznych  drgań elektronów, wydzielenia  się ciepła, stopienia struktury. Należy jednak dodać, że  przy długotrwałym ogrzewaniu metalowej próbki o lustrzanej powierzchni dochodzi  do powolnego przenikania fotonów, zwiększenia drgań elektronów, atomów - ogrzania. W falowodach radarowych, gdy dojdzie do pęknięcia powierzchni wewnętrznej falowodu, defektu, to wzrasta w tych miejscach  ogromnie opór elektryczny, co kończy się wydzieleniem  ciepła, stopieniem falowodu (znam to z autopsji). Wspomnę przy okazji, że dobrze  znana mi  jest również  z autopsji budowa i działanie magnetronu i lampy z falą bieżącą - służba wojskowa(chociaż coś z tej służby). Przykładowo, mysz łatwo radzi sobie z uwolnieniem energii zgromadzonej  w sprężynie, natomiast nie radzi sobie z uwolnioną energią sprężyny.  Przy klasycznym spalaniu, spalaniu atomowym, termojądrowym  wydziela się ogromna ilość fotonów-energii fotonowej. Mały impuls energetyczny potrafi uwolnić kaskadowo  wielką energię fotonową, która prawdopodobnie wcześniej została uwięziona w strukturze materii w postaci fotonów. Piszę o tym dlatego, gdyż w rozważaniach o pojemności cieplnej być może trzeba  uwzględnić  to, że część  fotonów  mogła  zostać  uwięziona, unieruchomiona  w  mikrostrukturze  materii. Przy  innym podejściu  mogą być problemy z bilansem energetycznym. Wspomnę przy okazji, że  przy rozpadach promieniotwórczych uwalniana ogromna energia fotonowa (fotonów) prawdopodobnie  powoduje odrzut mikroobiektów.  Nie ma tam żadnego zjawiska tunelowania. Cząsteczka, aby  przekroczyć  jakąkolwiek barierę energetyczną,  musi mieć energię co najmniej  równą bądź większą od tej bariery (fundament fizyki). Efekt tunelowania to następny idiotyczny, wirtualny  wymysł wyznawców mechaniki kwantowej ( na zasadzie kot jednocześnie żywy i  martwy, czarne jest białe itd.). Przy rozważaniach o pojemności cieplnej próbki należy  mieć na uwadze  między innymi zawartość  tzw.  swobodnych  ładunków elektrycznych w próbce, upakowanie materii,  możliwości dynamiczne (ruchowe) atomów-cząsteczek, wewnętrzną geometryczną strukturę próbki a także zewnętrzną objętość tej próbki. Myślę, że przy rozważaniach o pojemności cieplnej podejście masowe (masa próbki) nie jest najwłaściwszym rozwiązaniem. Na mierzalną wewnętrzną energię próbki składa się energia ruchu-drgań  mikroobiektów pochodząca od fotonów a także energia  poruszających się wewnętrznych fotonów. Stworzenie ogólnego aparatu matematycznego opisującego to  niesłychanie  skomplikowane  zagadnienie pojemności  cieplnej na obecnym etapie jest niemożliwe. W przypadku pojedynczych  próbek, pewnych typów próbek  można  zbudować metodą „ rzemieślniczą” przybliżony aparat matematyczny opisujący te własności.  Jest to krótki wstęp do rozważań  o pojemności  cieplnej, procesach cieplnych materii.  Zapraszam fizyków do merytorycznej dyskusji.
Bogdan  Świniarski-fizyk.
Tytuł: Odp: Ciepło właściwe-pojemność cieplna.
Wiadomość wysłana przez: cloth w Styczeń 07, 2015, 09:04:34 am
Następnym razem zrób bardziej czytelnego posta, bo tematyka ciekawa ale forma odrzucająca. Na monitorze gorzej się czyta więc przynajmniej mogłeś zrobić akapity :)

Ampla.eu - Lampy sufitowe, kuchenne, biurowe i inne (http://ampla.eu/)
Tytuł: Odp: Ciepło właściwe-pojemność cieplna.
Wiadomość wysłana przez: maly_dave w Styczeń 22, 2015, 10:01:59 pm
Tekst dobry, lecz faktycznie za mało akapitów.