greenorc (greenorc) wrote,
greenorc
greenorc

Category:

Здравствуй, теплород?

Учебник физики говорит нам, что температура тела это кинетическая энергия его частиц (точнее, энергия их хаотического движения, энергия их дерготни, грубо говоря). Чем сильнее туда-сюда дергаются молекулы, тем более тело нагрето. То есть температура - это хаотическая дерготня частиц. Эта теория пришла на смену теории теплорода.
И вроде все логично. Вот например, если взять стальной брусок и нагреть его, он станет из упругого и твердого пластичным и ковким - неудивительно, ведь с усилением дерготни атомов кристаллическая решетка слабеет. Нагреем еще сильнее, и сталь потечет как вода - дерготня частиц стала такой сильной, что разорвала связи в решетке.


П.Л.Капица, цитирую по Вики:
"... мерилом температуры является не само движение, а хаотичность этого движения. Хаотичность состояния тела определяет его температурное состояние, и эта идея (которая впервые была разработана Больцманом), что определённое температурное состояние тела вовсе не определяется энергией движения, но хаотичностью этого движения, и является тем новым понятием в описании температурных явлений, которым мы должны пользоваться…"

Оно и понятно. Если наш стальной брусок летит в пространстве с околосветовой скоростью, кинетическая энергия его частиц велика, но брусок может быть при этом холоден, как кефир в холодильнике. Ибо температура это не всякая кинетическая энергия, это энергия именно взаимной дерготни частиц, а не их слаженного движения по общему вектору...



Но меня с какого-то времени стала эта теория смущать. Она красивая, этого не отнять - см выше насчет размягчения бруска по мере нагрева. Но как-то, знаете ли, интуитивно не верится. Вот вы прикасаетесь пальцем к нагретой сковородке. И мгновенно, за долю секунды, получаете ожог. А с какой стати? Это что, вас атомы сковородки так сильно ударили? Получается, что да. А, простите, с какой амплитудой они колеблются? Что так сильно по пальцам лупят? :)
Да с такой ничтожно малой амплитудой, что кажется, ваш палец вообще ничего ощутить не должен. Мысленно представляем себе колеблющуюся стальную пластинку - чтобы при касании стало больно, нужна приличная амплитуда колебаний. А при нанометровом их масштабе и сверхвысокой частоте, колебания будут неощутимы для пальца абсолютно.
И потом, если уж они так сильно лупят, то что же у вас на пальце кожа в лохмотья не разлетается при касании сковородки? Нет, кожа цела, а под кожей волдырь от нагрева - стало быть, несильно по коже-то лупили шустрые стальные атомы? :)
Но конечно, интуиция в таких делах легко ошибается, а уж в качестве доказательства и вовсе не годится.


Окей, тогда вот вам мысленный эксперимент - мысленный, но очень легко повторимый в реальности. Берем стальной прут, скажем, длиной в метр: типичную такую арматурину. Возьмем его в руку одним концом, а другой конец сунем в пламя газовой горелки. Что мы увидим? Что один конец прута раскалился и аж светится, при этом рукой мы держим прут спокойно - до другого конца высокая температура так и не дошла.

Что скажете? Нормально? Так и должно быть? Окей. Теперь гуманно дадим нашему пруту остыть, а затем приставим его одним концом ко лбу нашего воображаемого помощника, а по другому концу негуманно ударим кувалдой. Бац! На лбу нашего помощника вырос синяк! Что произошло? Атомы стали передали удар от одного торца прута к другому, за ничтожную долю секунды.

Но как же так? Это что же получается? Атомы эти ваши - значит могут быстро, стервецы, если захотят? А что же тогда они колебания от нагрева столь же быстро не передают? Ну, температура это же колебания, то есть газовая горелка просто пинает атомы стали, а те передают пинок дальше. Так? Так. А тогда какого фига они не делают это мгновенно, как в случае с колебанием от удара кувалдой? Ну, это же волна в металле. Скорость можно узнать в справочнике.


То есть, я хочу сказать, поведение стального прута при нагреве совсем не похоже на то, которое должно возникать при сильных пинках его атомов со стороны газовой горелки. Не та физическая картина. А какая тогда? На что она похожа? А я вам сейчас скажу, на что.

Представьте себе стол в вашей гостиной, а на столе лежит хлопчатобумажная скатерть. Возьмем эту скатерть и прямо на столе скатаем ее в рулончик, получится этакая длинная колбаска или палка, лежащая на столе. Теперь на эту хлопковую палку начнем с одного конца капать из пипетки. Но не водой, а какой-нибудь летучей жидкостью типа спирта или эфира. Что мы увидим? Мы увидим, что тот конец "палки", на который мы капаем, быстро намок. А дальний конец остается сухим. Жидкость пропитывает ближний конец и, каппилярным путем, двигается к дальнему концу. Но испаряется раньше, чем его достигает.

Вот вам аналог стального прута, который с одного конца нагревается газовой горелкой. Вот та физическая аналогия, которая адекватно описывает процесс. Никакого механического движения тут нет и в помине, оно бы прошло по стали мгновенно из конца в конец. А есть совсем другое - есть постепенное "смачивание" прута с одного конца. Отсюда и понятие "теплоемкости" - это как у нашей скатерти способность впитывать жидкость.


И последний мысленный эксперимент. Возьмем трех воображаемых помощников, приставим им ко лбам три палки - деревянную, стальную и медную. Негуманно ударим по всем трем палкам кувалдой. И увидим, что с точки зрения последствий, испытуемым пришлось одинаково хреново. Все три палки одинаково мгновенно передали удар от кувалды ко лбу. То есть атомы и молекулы всех трех палок передают механические колебания (грубая оценка, конечно) одинаково быстро. Но если мы попробуем эти три палки нагревать с одного конца, то разница в скорости и дальности передачи температуры по палке будет отличаться очень существенно.

И неудивительно - в одном случае передается удар, механическое колебание. А в другом случае, палка пропитывается тепловой энергией от горелки. И это не механический процесс. Хотя, разумеется, он может нести и механические последствия для кристаллической решетки, как и всякие иные последствия от увеличения энергии в данной точке. Но именно как последствия.

А вот что это за энергия такая, и что такое температура, если не механическое колебание частиц? Вот это интересный вопрос. Кстати, вы знаете, как в свое время "доказали" ложность учения о теплороде? Емнип, парни просто взвесили тело горячим и холодным, и поскольку разницы весы не показали, то стало быть и не было в нагретом теле никакого теплорода. Да-да. Не, нуачо? Намано так, научненько... Вот если бы грамм хотя бы стописят сбросилось при охлаждении, тогда было бы другое дело :)
Tags: лженаука
Subscribe

  • (no subject)

    Приехали вчера Псков. Дорога на удивление приличная (ехали самым коротким путем), разбитых участков немного, и те ремонтируются активно. Поразило…

  • Основание

    Навеяно: https://colonelcassad.livejournal.com/7244461.html Низкокачественность фантастики - это да. Думаю, дело в том, что писательский талант он…

  • Все свободны! - 3

    Давайте попробуем привести сказанное в предыдущих частях к некоей формуле. Смотрите, возьмем отдельного конкретного человека. Пока неважно, какая у…

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 13 comments

  • (no subject)

    Приехали вчера Псков. Дорога на удивление приличная (ехали самым коротким путем), разбитых участков немного, и те ремонтируются активно. Поразило…

  • Основание

    Навеяно: https://colonelcassad.livejournal.com/7244461.html Низкокачественность фантастики - это да. Думаю, дело в том, что писательский талант он…

  • Все свободны! - 3

    Давайте попробуем привести сказанное в предыдущих частях к некоей формуле. Смотрите, возьмем отдельного конкретного человека. Пока неважно, какая у…