Современные взгляды на суть адиабатных процессов

Хорошо известно, что при сжатии газа повышаются его давление и его температура. Соответственно, при расширении газа температура и давление падают. Если при этом газ не обменивается тепловой энергией с окружающим пространством, включая ёмкость, в которой этот газ содержится, то такие процессы сжатия и расширения называются адиабатными (адиабатическими).

Современная теоретическая физика (статистическая физика, молекулярно-кинетическая теория, статистическая механика, физическая кинетика) до сих пор объясняет изменение давления и температуры газов работой, которая совершается над газами при их сжатии или которую совершает сам газ при расширении. Cчитается, что изменение температуры при адиабатных процессах вызвано работой А, произведенной над газом:

. (1).

Характер изменения величин давления и температуры газов при адиабатных процессах в современной теоретической физике математически описывается потенциальной функцией, часто называемой адиабатой Пуассона:

(2).

основанием которой является занимаемый газом определенной массой объём V, а показателем — так называемый показатель адиабаты г:

где (3).

Cp и CV — теплоёмкости газа соответственно при постоянном давлении и постоянном объёме.

p — давление газа,.

V — объем, занимаемый газом,.

T — абсолютная температура газа.

Из уравнения (2) следует, что для идеальных газов, теплоёмкости которых считаются постоянными, что характер изменения давления при адиабатных процессах определяется уравнением:

(4).

а характер изменения температуры — уравнением:

. (5).

Величину показателя адиабаты г в «классической теории» принято обосновывать количеством неких «степеней свободы» у газообразных молекул. При этом отмечается, 11), цитирую: «…классическая теория не смогла правильно описать некоторые явления. Например, независимость теплоёмкости CV от температуры опровергается опытом. Согласовать классическую теорию с экспериментом удалось, только предположив, что некоторые степени свободы в определённом диапазоне температур не возбуждаются, „вымораживаются“. Например, согласие с опытом при T = 300 K достигается, если считать, что не возбуждаются колебания молекул.».

Современная теоретическая физика определяет величину г для идеальных одноатомных газов, равной 5/3, 7/5 — для двухатомных и 4/3 — для трёхатомных. На практике считается, что величина показателя адиабаты определенным образом зависит от химического состава, исходного давления и температуры газа, но в общем приведенные в различных справочниках величины показателя адиабаты соответствуют теоретическим. Так, например, для гелия (He) г = 1,660, а для сухого воздуха при температурах от 0 до 200 °C г лежит в пределах от 1,403 до 1,398.

Современные представления о теплоте (фундаментом которых так или иначе является «классическая молекулярно-кинетическая теория») основаны на весьма наивных взглядах двухвековой давности, согласно которым теплота есть хаотическое движение молекул, атомов и ионов. Еще раньше, на заре становления физики, за теплоту принимали, по теории Георга Шталя, некое вещество «флогистон», потом — некий невидимый бесцветный и невесомый газ «теплород» (le calorique), «магматический газ» (fluide ignй), как его называл Антуан де Лавуазье.

В данной статье максимально кратко представлены доказательства в пользу взглядов ЭТТ, основанной на том, что теплота имеет ту же природу, что и свет, то есть представляет собой исключительно электромагнитное излучение, которое, как и «магматический газ» де Лавуазье, действительно невесомо, не имеет запаха и невидимо человеческим глазом — за исключением электромагнитных волн светового диапазона. При этом ЭТТ вовсе не отрицает передвижений газообразных молекул — например, конвекции, или проявления закона Архимеда, вследствие которого горячий или лёгкий газ всегда поднимается вверх. Все эти явления — лишь следствие физических процессов, происходящих с газовыми молекулами при излучении и поглощении квантов теплового электромагнитного излучения (в нижнем инфракрасном, инфракрасном, световом и ультрафиолетовом частях спектра) и легко объясняются законами механики Ньютона.