Текст книги "Термодинамика реальных процессов"

Автор книги: Альберт Вейник

сообщить о нарушении

Текущая страница: 20 (всего у книги 40 страниц)

 В связи с данным здесь определением вермического явления небезынтересно вспомнить прежнюю теорию теплорода. Согласно этой теории, в природе существует невесомая и неуничтожимая жидкость – теплород, который, перетекая из тела в тело, создает наблюдаемые тепловые эффекты. Очевидно, что стародавний теплород по некоторым внешним признакам напоминает вермическое вещество. Однако между теплородом и вермическим веществом имеется весьма важное принципиальное различие. Теплород – это количество тепла, он имеет размерность и смысл вермической работы. Но вермическая работа – это количество вермического вещества, умноженное на абсолютную температуру, причем работа не подчиняется закону сохранения, а вещество подчиняется. Следовательно, о сходстве между теплородом и вермическим веществом можно было бы говорить только в том случае, если бы под теплородом понималось количество тепла, поделенное на абсолютную температуру. Замечу, кстати, что намек на такое правильное понимание теплового явления имеется у Карно [18, с.267; 46, с.20, 63].

 Из сказанного должно быть ясно, что толкование теплового явления, данное ОТ, ничего общего не имеет и с существующими ныне представлениями. Согласно этим представлениям, теплота есть хаотическое движение микрочастиц, из которых состоят тела природы. Следовательно, сейчас в науке тепловому явлению отказывают в самостоятельности, его принято сводить к кинетическому. Этот подход сохранился еще с тех пор, когда весь мир пытались объяснить с помощью законов механики, в этом приняли участие Максвелл, Томсон-Кельвин, Больцман, Клаузиус, Гиббс, М. Смолуховский, Планк и другие ученые.

 Тепловое явление действительно сопровождается хаотическим движением частиц. Однако это движение есть не причина, а следствие самостоятельного истинно простого теплового явления, ибо вермическое вещество, перетекая из тела в тело, увлекает за собой метрическое. Поэтому наблюдаемые на практике термокинетические эффекты фактически определяются коэффициентами взаимности и увлечения третьего и пятого начал ОТ [ТРП, стр.269-271].

 16. Условно простое тепловое явление.

В настоящее время в термодинамике тепловое явление принято определять с помощью так называемого уравнения второго закона классической термодинамики Клаузиуса:

dQQ = TdS       (263)

где  QQ – так называемое количество тепла, Дж;  S – энтропия Клаузиуса, Дж/К.

Это уравнение внешне напоминает выражение (262), однако более подробное рассмотрение показывает, что равенства (262) и (263) принципиально различны. Расхождение касается как физического механизма теплового явления, так и сущности величин  S  и  ? .

Действительно, уравнение (263) предполагает, что объектом переноса в тепловом явлении служит не вермическое вещество, как в формуле (262), а сама теплота, то есть вермическая работа, – это обстоятельство отражено с помощью индекса  Q , стоящего при  dQ ; представление о переносе теплоты перекочевало в современную науку из теории теплорода – невесомого и неуничтожимого теплового флюида, который, перетекая из тела в тело, создает все наблюдаемые тепловые эффекты (в прошлом веке с помощью подобных флюидов объяснялись и другие явления: электрические, магнитные, горение под действием флогистона и т.д.). Кроме того, соотношение (263) получено Клаузиусом в предположении, что система находится в состоянии равновесия. В неравновесных, то есть реальных, процессах энтропия обладает свойством самопроизвольного возрастания. Поэтому в отличие от вермиора энтропия не подчиняется закону сохранения. Следовательно, формулам (262) и (263) соответствует принципиально различное понимание физического механизма теплового явления, а величины  S  и  ?  не имеют между собой ничего общего, кроме разве только размерности. Это делает явление, описываемое уравнением (263), сугубо условным с весьма ограниченной областью применения (см. гл. XX, XXIII и XXIV).

С течением времени энтропии Клаузиуса было дано статистическое, а затем и информационное толкование. Это еще более усложнило и запутало проблему, набросив на тепловое явление тень тех условностей, которые привнесли с собой методы статистики и теории информации [18, с.275, 366].

Чтобы справиться со всеми этими трудностями, мною в 1950 г. было предложено новое толкование теплового явления. Именно с введения взамен энтропии понятия термического заряда фактически и начиналась ОТ, это видно, например, из работы [11, с.142-144] [ТРП, стр.271-272].

17. Простое электрическое явление.

В природе существует истинно простое электрическое явление, наделяющее тела особыми электрическими свойствами. К специфике электрического явления следует отнести и наличие, по бытующим сейчас представлениям, двух различных видов электрического вещества: положительного и отрицательного. С количественной стороны они определяются одинаково и различаются только знаками. Мерой количества электрического вещества служит электрический заряд, или электриор  ?  (Кл), мерой качества поведения электрического вещества – электрический потенциал, или электриал  ?  (В), электрическая работа (Дж)

   dQ? = ? d? = dU      (264)

 Как и полагается простому явлению, электрическое строго следует законам ОТ. В частности, электрическое вещество неуничтожимо, ибо подчиняется второму началу ОТ – закону сохранения. Электрическое явление принципиально отличается от хронального, метрического, ротационного, вибрационного, вибрационного, вермического и т.д., поэтому электрическое вещество не имеет длительности, протяженности (размеров, массы и веса), круговращательных, колебательных, тепловых и иных подобных специфических свойств. В наномире электрическое вещество обладает ярко выраженными силовыми свойствами, его принято именовать электростатическим полем (электрическое нанополе). В микромире электрическое вещество дискретно, единичная порция (квант) электрического вещества равна

    е = 1,60207?10-19  Кл      (265)

 Эта величина соответствует заряду электрона-частицы.

 Электрическое простое явление изучено лучше всех остальных явлений. Например, установлено, что одноименные электрические заряды – положительные и отрицательные – друг от друга отталкиваются, а разноименные – положительные и отрицательные – притягиваются с силой, которая определяется известным законом Кулона. Причиной взаимодействия зарядов принято считать электростатическое поле, однако о природе этого поля мало что известно.

 Электрическое – это единственное явление, которому в историческом плане сильно повезло: его с самого начала определили сравнительно удачно. Большая заслуга в этом принадлежит Гильберту, Симмеру, Франклину [53]. Франклин был сторонником существования одного невесомого и неуничтожимого электрического флюида, избытком или недостатком которого объяснялись электрические эффекты. Симмер доказывал, что электрических флюидов должно быть два (положительный и отрицательный); со временем эта точка зрения одержала верх. Однако не исключено, что придется вновь вернуться к одному флюиду, имея в виду пример со спиновым явлением и хрононами, у которых отражение от зеркала изменяет знак на обратный. Нечто похожее можно предположить и у электрического вещества, в каких-то условиях способного изменять свой знак. На подобные мысли наводят эксперименты с так называемой дырочной проводимостью в твердых телах, где дыркам приписываются определенные массы и положительный заряд, по абсолютной величине равный отрицательному заряду электрона.

 В дальнейшем было установлено, что электрический заряд дискретен, его единичная порция, названная электроном, имеет значение (265). Затем у электрона были обнаружены масса и волновые свойства. Это сильно усложнило проблему и, казалось, навсегда выбило почву из-под теории электрического флюида – электророда, который должен представлять собой невесомую и неуничтожимую жидкость. Однако ОТ вновь возвращает нас к идее электророда, ибо на самом деле то, что принято называть электроном, – это вовсе не элементарная порция электрического заряда, или электророда, или невесомого и неуничтожимого электрического вещества, а электрон-частица, ансамбль, то есть совокупность различных простых веществ, в состав которого входят помимо единичной порции электрического вещества также различные количества порций хронального (поэтому электрон-частица не вечна), метрического (поэтому электрон-частица обладает размерами, массой и скоростью), вибрационного (от перемещения и колебаний проистекают волновые свойства электрона-частицы), вермического (наделяющего электрон-частицу тепловыми свойствами) и других простых веществ.

 Представление о наличии положительного и отрицательного зарядов, рассматриваемых как специфическая принадлежность электрического явления, не дает оснований распространять это представление на остальные явления и всю природу и делать отсюда далеко идущие выводы о возможности существования мира и антимира, причем антимир якобы должен быть построен по закону симметрии из веществ противоположного по отношению к нашему миру знака. Полной симметрии не получается хотя бы уже потому, что хрональное, метрическое, вибрационное и вермическое вещества не проявляют необходимой двузначности. При этом следует также принять во внимание существенное различие, наблюдаемое между проявлениями двузначности у спинового и электрического веществ. Еще большая специфика наблюдается в разночтении магнитного явления [ТРП, стр.272-274].

18. Простое магнитное явление.

В ОТ постулируется существование истинно простого магнитного явления, которое состоит из магнитного вещества и сопряженного с ним магнитного поведения. Магнитное явление обладает свойством объективности и абсолютности. Главное специфическое свойство магнитного явления заключается в том, чтобы наделять тела природы особыми магнитными свойствами.

Мерой количества магнитного вещества служит магнитный экстенсор, или магнитор  Ем , мерой качества поведения магнитного вещества – магнитный интенсиал, или магнитал  Рм , магнитная работа

   dQм = Рм dЕм = dU      (266)

 Магнитное явление подчиняется всем законам ОТ. В наномире магнитное вещество образует так называемое магнитное поле (магнитное нанополе), обладающее хорошо известными силовыми свойствами. В микромире оно должно быть дискретным, но единичная порция (квант) магнитного вещества нам пока неизвестна. В макромире магнитному веществу присущи континуальные свойства.

 Необходимо отметить, что исторически магнитному явлению в отличие от электрического крупно не повезло: о физическом механизме магнитного явления неоднократно высказывались весьма противоречивые суждения. Некоторое время считалось, что существуют магнитные заряды, или массы, подобные электрическим зарядам, ибо в природе наблюдаются два различных магнитных полюса, причем одноименные полюсы отталкиваются, а разноименные притягиваются, взаимодействие полюсов подчиняется закону Кулона, установленному в 1785 г., это закон аналогичен закону взаимодействия электрических зарядов.

 Затем датский физик Эрстед (1820 г.) обнаружил магнитное поле тока. В том же году французский физик Ампер предположил, что магнетизм есть явление, сопутствующее движению электрических зарядов, а Био и Савар открыли закон, определяющий величину магнитного поля тока. С тех пор магнитное явление чаще всего подменяется электрическим, а представление о существовании магнитных масс рассматривается как метафизическое измышление. Однако ОТ позволяет внести в этот вопрос необходимую ясность и создает реальные предпосылки для более глубокого изучения магнитного явления на совершенно другой основе, чем это было принято до сих пор [21, с.115].

 Действительно, хорошо известно, что магнитное и электрическое поля реально существуют и обладают принципиально различными свойствами. Опыт также показывает, что магнитное поле не взаимодействует с электрическим зарядом, а электрическое поле – с магнитными полюсами; для такого взаимодействия необходимо появление дополнительной степени свободы – метрической (кинетической). Эти факты однозначно свидетельствуют о реальном существовании двух самостоятельных и независимых явлений – магнитного и электрического. Если бы магнитное явление было не самостоятельным, а порождалось электрическим, тогда не поддается объяснению факт отсутствия взаимодействия между электрическим зарядом и магнитным полем. Согласно изложенным выше правилам, в принципе не может существовать такого положения, чтобы какое-либо вещество в определенных условиях было бы не в состоянии взаимодействовать с порождаемым им нанополем.

 Следовательно, все рассуждения и выводы об электрическом происхождении магнетизма являются необоснованными. Истинно простое магнитное явление реально существует. Как и всякое простое явление, оно специфично и неповторимо и поэтому не может быть сведено ни к какому другому явлению, в том числе к электрическому. Вместе с тем имеется органическая связь между магнитным, электрическим, метрическим и всеми остальными простыми явлениями природы, что обусловлено наличием универсального взаимодействия. Благодаря этой связи наблюдаются эффекты взаимного увлечения явлений, в частности эффекты возникновения магнитного поля под действием электрического тока и электрического тока под действием магнитного поля. Эти эффекты с качественной и количественной сторон определяются с помощью третьего, четвертого, пятого и шестого начал ОТ.

 В настоящее время физический механизм магнитного явления, его специфические свойства изучены недостаточно. Например, в работе [22, с.93] мною высказано предположение, согласно которому в природе существует особое простое магнитное вещество, порции (кванты) этого вещества входят в состав тончайших ансамблей (частиц), названные сатлонами (от английского subtle – тонкий, нежный, неуловимый, едва различимый, трудно уловимый). Циркуляция сатлонов в различных телах, включая элементарные частицы, и окружающем их пространстве создает все наблюдаемые магнитные эффекты. Эта гипотеза объясняет все известные особенности магнитного явления и позволяет предсказать новые специфические эффекты, не доступные для прежней теории. Некоторые из этих экзотических магнитных прогнозов ОТ уже нашли экспериментальное подтверждение.

 Сатлоны носятся в теле и вокруг него примерно по тем же траекториям, по которым выстраиваются  железные опилки. Наличие двух различных полюсов у магнита объясняется не разными знаками магнитного вещества, а фактом входа или выхода сатлонов из тела. Магнитные свойства тела сильно зависят от характера движения сатлонов и, возможно, от их структуры. Например, интересно проявляет себя магнетизм при взаимодействии двух параллельных проводников с током: если токи имеют одинаковое направление, то проводники притягиваются, если разное, то отталкиваются. В данном случае увлеченные током сатлоны двигаются вокруг проводников по кругу либо в одну, либо в разные стороны; при этом направление возникающей силы целиком определяется характером движения сатлонов, в том числе характером их взаимодействия между собой.

 Существование самостоятельных вещественных носителей магнетизма и наличие у сатлонов массы (размеров) доказывается с помощью двух простейших опытов. Первый из них соответствует парадоксу Бьюли, суть этого парадокса сводится к следующему [62].

Предположим, что имеется широкий плоский магнит. Если один из его полюсов, например северный, перемещать возле проводника, замкнутого на гальванометр, то в последнем возникнет ток. Если далее по другую сторону проводника расположить другой точно такой же магнит с северным полюсом, обращенным к первому, и двигать одновременно оба магнита в ту или другую сторону, не изменяя расстояния между ними, то тока в проводнике не будет, ибо суммарная напряженность магнитного поля между двумя одноименными полюсами равна нулю: по существующим представлениям, силовые линии, идущие навстречу друг другу, взаимно погашаются.

Однако, если попытаться двигать один магнит в одну сторону, а другой – в другую, противоположную, то гальванометр зафиксирует двойной ток. Это значит, что за магнетизм ответственны не воображаемые силовые линии, а реальные носители магнетизма. В первом случае они создают одинаковые по величине, но противоположно направленные увлеченные токи, которые, вычитаясь, дают нуль; во втором – увлеченные токи совпадают по направлению и поэтому суммируются, хотя напряженность магнитного поля между полюсами по-прежнему остается равной нулю. Иными словами, в рассматриваемом опыте гасятся не потоки магнитных частиц-сатлонов, а увлеченные ими электрические токи. Становится понятной крайняя условность трактовки Фарадеем магнитного и электрического полейте помощью силовых линий (трубок).

Этот опыт был осуществлен в самых различных вариантах. Он хорошо удается как с постоянными магнитами, так и с электромагнитами. Измерения удобно проводить посредством баллистического гальванометра, позволяющего за краткое время перемещения магнитов точно фиксировать количество протекающего электричества (из совместной работы с аспирантом В.М. Леутиным).

Второй опыт заключается во вращении вокруг продольной оси постоянного магнита, имеющего форму цилиндрического кольца или таблетки, который намагничен вдоль своей оси. Вначале измеряется напряженность магнитного поля вблизи неподвижного магнита. Затем он приводится в быстрое вращение со скоростью 20-30 тысяч и более оборотов в минуту, например, с помощью одного из моторчиков, описанных в гл. XXII. При этом напряженность в данной и других точках изменяется вследствие деформации траекторий движения сатлонов. Траектории деформируются под действием центробежных сил, развиваемых массой сатлонов. При осуществлении этого эксперимента важно не забывать применить заземленный магнитный экран, чтобы включенный моторчик не повлиял на показания датчика, с помощью которого фиксируется напряженность магнитного поля (из совместной работы со студентом В.А. Вейником). Результаты похожего опыта приведены в работе [2, с.69].

Описанные два опыта хорошо подтверждают высказанную ранее мысль о самостоятельности магнитного явления и о существовании у специфических носителей магнетизма (сатлонов) массы (размеров).

Наблюдаемая тесная связь между магнитным и электрическим явлениями объясняется, как уже отмечалось, наличием эффектов взаимности и увлечения. Аналогичная связь существует между всеми истинно простыми явлениями. Именно поэтому в ходе исторического развития науки удалось разработать различные теории, в которых одни явления более или менее успешно подменяются другими. Примерами могут служить электрическая теория магнетизма (Эрстед, Ампер, Био и Савар), кинетическая (Бернулли, Больцман, Клаузиус, Максвелл), электрическая (Друде, Лоренц) и волновая (Дебай) теории теплоты и теплопроводности и т.д. Однако теперь должно быть ясно, что о каждом простом явлении целесообразно говорить на его собственном родном языке [21, с.34].

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 невесомых и неуничтожимых жидкостей (флюидов) – теплорода, электророда, магниторода, флогистона и т.п. Только у них не хватило для этого необходимых конкретно-научных знаний. В ОТ мы фактически вновь вернулись к идее первокирпичиков-флюидов, но уже на новом уровне, с учетом многих выявившихся в ходе исследований дополнительных обстоятельств. В вещественности (материальности) исходных первокирпичиков и в единстве законов, которым они подчиняются, отражено главное свойство мира – его единство [ТРП, стр.274-279].

 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 истинно простых [ТРП, стр.280].

 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.

Указанные черты настолько интересны и важны, что это заставило меня выделить особый класс условно простых контактных явлений, происходящих вблизи границы (поверхности) раздела различных тел (сред); к ним относятся само фильтрационное, поэтому его можно назвать также поверхностно-гидродинамическим, поверхностно-диффузионное, поверхностно-дислокационное, поверхностно-фазовое, поверхностно-вермическое, поверхностно-химическое (каталитическое) и многие другие явления. В гл. XXIII подробно обсуждаются поверхностно-электрический и поверхностно-фильтрационный эффекты, которые позволяют преобразовывать теплоту окружающей среды в электроэнергию или работу с КПД 100%. Но самое широкое практическое применение в настоящее время нашло поверхностно-химическое (каталитическое) явление, о котором упоминается в следующем параграфе. Все это позволяет лучше понять суть обсуждаемого вопроса [ТРП, стр.281-282].

 25. Условно простое каталитическое явление.

Суть поверхностно-химического (контактного) явления заключается в том, что на границе соприкосновения всевозможных веществ сильно изменяются их термодинамические свойства, в том числе химический потенциал. Причем у разных веществ это изменение химического потенциала не одинаково. В результате первоначальные разности потенциалов между веществами либо возрастают, либо уменьшаются. Благодаря этому, например, вблизи поверхности твердого тела существенно ускоряются или замедляются химические превращения, причем само тело в реакции не участвует, его роль заключается только в том, чтобы воздействовать на химические потенциалы реагирующих веществ; разумеется, интенсивность этого воздействия зависит от конкретных термодинамических свойств каждого данного вещества. На практике соответствующие эффекты были обнаружены давно и получили наименование катализа, однако истинный физический механизм каталитического явления долгое время оставался загадочным. Казалось очень странным, что катализатор – твердое, жидкое или газообразное тело – в состав продуктов реакции не входит, на скорость процесса он влияет одним лишь фактом своего присутствия.

Теперь ясно, что катализ есть частный случай большого класса весьма интересных условно простых явлений, наблюдаемых вблизи поверхности соприкосновения тел. Эти явления хорошо представлены, например, в термодинамической паре, и изучать их надобно методами ОТ [21]. На сегодняшний день только катализ весьма успешно применяется на практике, однако надо думать, что со временем и другие явления этого класса тоже будут удостоены внимания исследователей и инженеров.

При количественном определении каталитического явления следует пользоваться понятиями и величинами, входящими в уравнение (267). Трудность вопроса заключается в том, что пока не существует универсального метода определения химического потенциала всевозможных тел, находящихся в различных условиях. Однако преодолеть эту трудность должны помочь законы ОТ.

Что касается других поверхностных явлений, то, например, поверхностно-фазовое может определяться по формуле (268). Оно интересно в теоретическом и практическом плане, ибо известно, что в тонких капиллярах вода замерзает при температурах значительно ниже нуля, а кипит при температурах более ста градусов – это есть следствие влияния стенок капилляров. Поверхностно-диффузионное явление, описываемое уравнением (270), оказывает существенное влияние на процесс диффузии в пристеночном слое, где, в частности, возникают эффекты, характерные для термодинамической пары [21]. Поверхностно-диффузионное явление нельзя не учитывать при изучении процессов кристаллизации; вместе с поверхностно-гидродинамическим оно определяет все, что происходит на границах раздела кристалла и жидкой фазы, а также в зоне соприкосновения растущих кристаллов и т.д.