Перепад температур фаз при кипении жидкостей

Возможен ли перепад температур фаз, если их энтропия заведомо меньше S_m , т.е. возможен ли этот перепад в неравновесном состоянии? Этот перепад имеет место при кипении жидкостей. При этом при переходе из одной фазы в другую температура изменяется скачком. Например, при кипении воды этот скачок порядка 0,5 К [Физический энциклопедический словарь. Москва, Советская энциклопедия, с. 286] (см. рис.). Объяснение этого перепада может быть следующим. В неравновесном состоянии энтропия и термодинамическая вероятность меньше S_m и W_m соответственно, а распределение молекул по скоростям отлично отf_m(v). При этом отличии в межфазной области распределение молекул по скоростям и, следовательно, величины e и θ зависят от величины U (от координаты, перпендикулярной поверхности жидкости), т.к., как мы показали, распределение молекул по скоростям не зависит от U лишь при распределении f_m(v). Из-за малости толщины межфазной области это и приводит к перепаду температур фаз. Если это объяснение правильное, то этот факт подтверждает возможность проявления нарушения (если оно имеет место) формулировки 1 перепадом температур фаз.

Рис. Характер изменения температуры θ при кипении воды в

зависимости от расстояния z от поверхности подогрева.

 

Впрочем, возможно и другое объяснение перепада температур фаз при кипении жидкости. Это объяснение может быть следующим. При кипении пузырьки пара в жидкости поднимаются и доходят к поверхности жидкости. При соприкосновении пузырька пара с этой поверхностью вблизи верхней части пузырька образуется тонкий слой жидкости, который вырывается в газовую фазу этим пузырьком, выходящим из жидкой фазы. В результате этого в газовой фазе появляются капельки жидкости. Равновесное давление над искривленной (сферической) поверхностью капельки жидкости значительно больше, чем над плоской поверхностью жидкости. Поэтому эти капельки интенсивно испаряются. При этом пар охлаждается, что и приводит к перепаду температур фаз.

По-видимому, перепад температур фаз при кипении жидкости является следствием суммарного действия этих двух эффектов.

 

Заключение

В настоящее время считается, что все формулировки второго закона термодинамики эквивалентны. Однако, как показано в данной работе, это не совсем так, не всегда так. Для этой эквивалентности должно быть выполнено найденное в данной работе условие. Для правильного понимания этого закона эту информацию об эквивалентности формулировок нужно приводить в учебниках физики, чего в настоящее время нет.

На основе этого условия эквивалентности формулировок в данной работе обоснованы два метода, с помощью которых возможна тщательная (т.е. с высокой точностью) экспериментальная проверка второго закона термодинамики, т.е. закона возрастания энтропии, т.е. закона возрастании термодинамической вероятности, т.е. может быть выяснено возможен ли маломощный “вечный” двигатель. В данной работе не утверждается, что этот двигатель может быть создан, а показывается сомнительность утверждения о невозможности этого двигателя вопреки общепринятому в современной науке убеждению. Не исключено, что это убеждение может оказаться ошибочным.

Логика этих методов следующая. В настоящее время вопрос о возможности малого отличия распределения F_p(E) от F_m(E) остается открытым. Это означает, что остается открытым вопрос о возможности малого отличия W_p от W_m. Это означает, что остается открытым вопрос о возможности малого отличия S_p от S_m. Это означает, что равенство (В.3) в действительности может оказаться не точным, а приблизительным. Это означает, что могут оказаться не точными, а приблизительными равенства (В.4) и (В.5), а также может оказаться возможным малое нарушение постулата о состоянии термодинамического равновесия. Равенство (В.4) может быть проверено в системе (рис. 2), а равенство (В.5) – в системе (рис. 7). Из-за больших межмолекулярных сил в системе (рис. 2) и больших электрических сил в системе (рис. 7) в настоящее время не только остается открытым вопрос о возможности малого нефлуктуационного нарушения второго закона термодинамики, т.е. вопрос о возможности маломощного “вечного” двигателя, но и неубедительное утверждение о невозможности этого двигателя большой мощности.

Высокоразвитая земная цивилизация невозможна без потребления энергии, а земные энергоносители (нефть, газ, уголь, уран) в недалеком будущем неизбежно исчерпаются. Их использование приводит к ухудшению экологии на земле. Поэтому проведение экспериментальных исследований предлагаемыми в данной работе методами целесообразно независимо от их результата: положительного (если будет показано, что маломощный “вечный” двигатель возможен) или отрицательного (если будет показано, что этот двигатель невозможен). Отрицательный результат в науке – тоже результат; в данном случае будет более надежно подтвержден второй закон термодинамики. Если же эти исследования покажут, что имеет место положительный результат, то это будет свидетельствовать о ранее неизвестном явлении (научном открытии), состоящем в возможности не только флуктуационного, но и малого нефлуктуационного нарушения второго закона термодинамики, т.е. будет показана принципиальная возможность создания “вечного” двигателя.

В случае положительного результата совершенствование конструкции “вечного” двигателя (в том числе повышение его мощности) было бы следующим этапом исследований в этом направлении (наряду с термоядерным, солнечным и другими направлениями) поиска решения актуальных мировых энергетической и заодно экономической, экологической и других проблем цивилизации.

Поскольку решение энергетической проблемы нужно всем, то финансирование этих исследований может быть из бюджетов государств. Отметим, что затраты на эти исследования на много порядков меньше, чем убытки от энергетического кризиса, который может быть в недалеком будущем (это несложно понять, если представить прекращение подачи электроэнергии в какой-нибудь город средней величины хотя бы на одну неделю).

Если энергетическая проблема не будет решена, то будет не прогресс, а регресс цивилизации и ухудшение жизненного уровня людей. Это очевидно. Не нужно забывать, что энергетика – это фундамент. Если фундамент плохой, то все остальное рано или поздно рухнет.

ЛИТЕРАТУРА.

1. В.М.Бродянский, Вечный двигатель – прежде и теперь. – Москва, Энергоатомиздат, 1989.

2. А.И.Ансельм, Основы статистической физики и термодинамики. – Москва: Наука, 1973.

3. Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц, Теоретическая физика, т. 5, Статистическаяфизика. – Москва: Наука, 1964.

4. Л.В.Радушкевич, Курс статистической физики. – Москва: Просвещение, 1966.

5. И.В.Савельев, Курс общей физики, т. 1, т. 2. – Москва: Наука, 1973.

6. Ф. Морс, Теплофизика. – Москва, 1968.

7. В.Л.Бонч-Бруевич, С.Г.Калашников, Физика полупроводников. – Москва: Наука, 1977.

 

Дата публикации: 24 января 2008
Источник: SciTecLibrary.ru