Fizycy uważają, że podstawowe, fundamentalne prawa termodynamiki zostały odkryte już ponad 100 lat temu.
To samo dotyczy modeli, na podstawie których opracowano formuły opisujące zjawiska charakteryzujące stan badanych i analizowanych układów.
Najbardziej fundamentalną cechu układu jest ilość stopni swobody tworzących go składników i wynikające z tego współczynniki w równaniach termodynamicznych – "3/2", "5/2" i "6/2".
Skąd się one wzięły?
Z nieśmiertelnych ścianek! Nie wierzycie, to przeczytajcie dalej.
Minęło już ponad 105 lat od sformułowania trzeciej zasady termodynamiki, i ponad 140 lat od tego momentu, gdy rozebrano się ze stopniami swobody, a profesjonalni fizycy piszą o tych "nieśmiertelnych ściankach" tak:
Eine:
W każdym elementarnym podręczniku fizyki wyprowadza się wzór na ciśnienie gazu[wielkość makroskopowa] w zależności od prędkości cząsteczek[wielkość mikroskopowa].
P = n*M(v^2)śr : 3*V
Liczba 3 pojawiła się bo są trzy składowe v(x),v(y),v(z) średnich kwadratów prędkości i cząsteczki uderzają o trzy prostopdałe ścianki zbiornika.
SNAFU:
Niech Pan sobie wyobrazi taka ścianędo odbijania piłek tenisowych. I niech Pan sobie wyobrazi, że naprzeciw niej stoi tłumek N ludzi z rakietami, kazdy z nich raz na (Delta t) sekund uderza w swoja piłeczke, nadając jej predkośc V, przy masie m. No i jaka siła będzie działac na tę ścianę, w która wali grad piłeczek?
Zakładamy, ze na piłeczkę zderzajacą sie ze sciana działa siła f, która hamuje jej bieg, a poźniej nadaje jej prędkośc V w odrwotnym kierunku.
Teraz trzeba wyliczyć sobie, jak długo piłeczka bedzie w kontakcie ze ścianą, biorąc a=f/m; czas kontaktu ze ściana wymiesie
Niby fajne. Niby logiczne, ale naturalną koleją rzeczy rodzi się pytanie – a co się dzieje w środku gazu, tam gdzie nie ma ścianek? Nie ma ciśnienia?
Przeanalizujmy następującą sytuację:
Poddajemy analizie objętość Vjed = 1 m^3 powietrza (Vjed – objętość jednostkowa) w warunkach normalnych i zadajemy sobie pytanie – ile jest równa energia kinetyczna tej objętości. Zakładamy przy tym, że składnikiem gazu nie jest molekuła z jakimiś tam stopniami swobody, a oscylator, który porusza się dwoma ruchami:
- oscylacyjne wachania wewnątrz pewnej "objętości własnej" (objętości zajmowanej przez ten oscylator);
- błądzenie tej "objętości własnej" (nazwijmy ją granulą) w objętości zajmowanej przez gaz.
Skąd to pojęcie oscylator? Ono musiało być wprowadzone do teorii, jeżeli chcemy odejść od statystyki w badaniu gazów i przejść do analizy rzeczywistych zjawisk towarzyszących każdemu składnikowi zapełniającemu badaną objętość.
Naturalną koleją rzeczy jest sformułowanie pytania o to, jakim musi być ruch molekuły gazu, żeby ona napełniła swoją przestrzeń energią pozwalającą utrzymywać w tej przestrzeni ciśnienie Po = 1,01325 J/m^3.
Jaki musi być ruch wszystkich molekuł gazu zapełniających konkretną objętość, żeby we wszystkich punktach danej objętości panowało takie samo ciśnienie?
Odpowiedź może być tylko jedna – posuwisto-zwrotny w objętości każdej granuli, z częstotliwością 10^12 raza na sekundę.
Ile wynosi ciśnienie w elementarnej objętości Vjed i w jakich jednostkach się ono mierzy?
Jak już pisałem, weźmiemy dla analizy ciśnienie barometryczne 1 m^3 powietrza w warunkach normalnych, które wynosi 1,01325 Pa = 1,01325 J/m^3
Nie sprawia trudności dostrzeżenie, że objętościowa koncentracja energii i jednostka ciśnienia Pa to tożsame jednostki:
J/m^3 = N*m/m^2*m = N/m^2 = Pa
Po = Eo/Vjed
Stąd Eo = Po*Vjed
Ponieważ objętość jednostkowa Vjed składa się z No oscylatorów (co jest równoznaczne ilości granul), to energię jednego oscylatora możemy wyliczyć z takiego równania:
Eo = Po* Vjed/No = Po*Vgo
Vgo – objętość granuli, indywidualnej objętości oscylatora.
Objętość oscylatora można wyznaczyć z równania:
Vgi = mi/ri
mi – masa i-tego oscylatora
roi – gęstość i-tego gazu
Dla powietrza:
Vgo = mpow/ropow = 4,8106712*10^-26 kg/1,2929 kg*m^-3 = 3,7208378*10^-26 m3
mpow – masa molekuły powietrza
ropow – gęstość powietrza
No = 1/Vgo = 2,6875667*10^25 m^-3
stąd
Eo = Po*Vgo = 3,7701389*10^-21 J
JEŻELI OFICJALNA FIZYKA NIE MYLI SIĘ, to taki sam rezultat powinniśmy otrzymać z równania:
E'o = 3/2 kT = 5,6552083*10^-21 J
i równania:
E'o = mpow*(vpow)^2/2 = 5,6552083*10^-21 J
gdzie:
vpow = (3k*T/mpow)^-1/2 = 484,88242 m*c^-1
Gołym okiem widać, że równania oficjalnej fizyki zawyżają rezultat w 1,5 raza.
Jak sobie radzi z takim problemem oficjalna fizyka?
Zamiata to, co jej nie pasuje pod "dywan", a tym dywanem jest następna teoria. Bardzo dobrze wyraził tą myśl jeden z profesjonalnych fizykalistów, SNAFU, w jednym ze swoich komentarzy, fragment którego cytuję:
Ale 5/2 w przypadku gazów o czasteczce dwuatomowej pada w konfrontacji z doświadczeniem, o ile wyjdziemy poza rejon temperatur w okolicy temperatury pokojeowej. Więc skoro "pada" w konfrontacji z eksperymentem, "pada" rowniez i taka prosciutka teoryjka, która "próbuje sprawy załatwic" tylko poprzez dodanie dwóch dalszych stopni swobody. Wyjasnienia trzeba szukac na gruncie już bardziej wyrafinowanej teorii -- no i potraktowanie dwuatomowej molekuły jako "rotora kwantowego" okazuje się skutecznym lekarstwem, o ile jednak... o ile nie będzie dwóch róznych rodzajów rotorów w danym gazie! Ale i z tym podejście kwantowe potrafi sobie poradzić.
Inne tematy w dziale Technologie
