Закон диссипации.

5. Закон диссипации.

Процесс переноса (распространение) обобщенного заряда сопровождается совершением работы диссипации (работа dQ"входа заряда dEв систему больше работы dQ' выхода на величину работы трения)

dQ_д = -dPdE дж, (71)

которая всегда превращается в теплоту.

Возникающий при этом термический заряд (энтропия) диссипации

dS_д = -(dPdE)/T дж/град. (72)

В дифференциальные уравнения (71) и (72) входит разность потенциалов dP,обусловленная наличием сопротивления переносу заряда. Поэтому, если в системе возникают дополнительные разности, вызванные другими причинами, то их учитывать не следует. В этом случае разность dPв формулах (71) и (72) целесообразно выразить через величину перенесенного заряда и проводимость (или сопротивление системы, которое обратно проводимости) с помощью соотношений (35) или (40) - (43). Из выражений (35), (71) и (72) получаем:

dQ_д = (D/BC)dE² = (1/BCD)W² дж; (73)

dS_д = (D/BC)(dE²/T) = (1/BCD)(W²/T) дж/град. (74)

Дополнительная разность потенциалов может возникнуть, например, если система неоднородна (в ней имеются источники заряда, скачки потенциала и т.д.), если происходят взаимные превращения различных форм движения материи (например, в трубе переменного сечения дополнительные разности давлений по длине возникают вследствие перехода кинетической энергии потока в потенциальную и наоборот), и т.п.

Заметим, что произведение потока на силу связано с теплотой диссипации соотношением

WV = CDdQ_д (75)

Эффект трения (диссипации) делает процесс распространения обобщенного заряда необратимым. Следовательно, главный признак (и причина) необратимости - выделение термического заряда диссипации. Условие обратимости процесса имеет вид

К_д = dQ_д/ dQ" = DР/Р" << 1 , (76)

где Р" - потенциал на входе заряда в систему.

С уменьшением критерия необратимости К_д степень необратимости процесса (выделение теплоты диссипации) снижается.

Общий закон диссипации, выраженный дифференциальными уравнениями (71) - (74), справедлив для всех явлений, включая термические. Но во всех остальных случаях диссипативная термическая форма движения отлична от основной и ее легко заметить (например, джоулево тепло в электрических явлениях). В термических же явлениях эффект диссипации непосредственно не обнаруживается: заряд диссипации присоединяется к основному заряду и распространяется вместе с ним. Это делает термические явления несколько непохожими на другие (работа входа термического заряда равна работе выхода, т.е. количество вошедшего тепла равно количеству вышедшего). Это обстоятельство длительное время затрудняло расшифровку истинного физического механизма термических явлений и наводило на мысль об их исключительности.

Аналогичным образом при движении жидкостей и газов термический заряд диссипации остается в системе. Это также затрудняло правильное толкование классического опыта Джоуля и эффекта (опыта) Джоуля - Томсона.

В опытах Джоуля и Джоуля-Томсона перенос газа сопровождается совершением работы трения dL_д(уничтожением механической формы движения) и выделением эквивалентного количества тепла диссипации dQ_д (появлением термической формы движения). Подвод dQ_ди отвод dL_дот реального газа приводит к разным изменениям его температуры (вследствие разной емкости газа по отношению к термической и механической формам движения). Именно этим объясняются получаемые в опытах результаты (по этой же причине в изотермическом процессе расширения реального газа количество подведенного тепла не равно совершенной работе) [10, 13].

Закон диссипации позволяет также раскрыть физический смысл парадокса Гиббса. При взаимной диффузии с уменьшением различия между газами снижается разность потенциалов Dm, под действием которой происходит процесс. В пределе (для одинаковых газов) разность Dm= 0 и, следовательно, энтропия смешения (диссипации) также обращается в нуль [формула (72)]. Метод квазистатических аналогий, разработанный Вант-Гоффом, приводит к ошибочным результатам, так как для одинаковых газов дает конечное значение энтропии смешения (он непригоден также для оценки результатов опытов Джоуля и Джоуля-Томсона с реальными газами) (10, 13].

При решении различных практических задач необходимо определять количество тепла диссипации с помощью закона диссипации и в соответствии со спецификой изучаемых явлений относить его к тем телам, подсистемам или системам, которые усваивают (аккумулируют) это тепло.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 Следующая ⇒