Ляпы теоретической физики. Про адиабатные процессы. Про Энрико Ферми и П.С.Капицу.

 

Вот что написано по поводу адиабатических процессов в Википедии – причем написанное полностью отражает официальные научные взгляды на адиабатические процессы.

Адиабатический процесс – термодинамический процесс в макроскопической системе, при котором система не получает и не отдаёт тепловой энергии. Он является частным случаем политропного процесса. Адиабатические процессы обратимы, если их проводить достаточно медленно (квазистатически). В общем случае адиабатический процесс необратим. Некоторые авторы (в частности, Л.Д.Ландау) называли адиабатическими только квазистатические адиабатические процессы.

 

Честно говоря, когда читаешь подобную чушь, мозги становятся набекрень – совсем как у физико-теоретиков, которые эти слова написали. Ой, дурят эти физико-теоретики нашего брата – нормального инженера, ой, дурят.

Давайте попытаемся вместе осмыслить выделенные жирным шрифтом строчки. Для начала вспомним, что же такое обратимый процесс. Смотрим ту же Википедию:

Обратимый процесс (то есть равновесный) – термодинамический процесс, который может проходить как в прямом, так и в обратном направлении, проходя через одинаковые промежуточные состояния, причем система возвращается в исходное состояние без затрат энергии, и в окружающей среде не остается макроскопических изменений.

Проведем простой опыт. Возьмем в качестве оборудования какой-нибудь пневматический цилиндр фирмы FESTO: например, такой: http://www.pnevmotrubka.ru/cil_drm.htm и поэкспериментируем с ним. Выдвинем поршень до упора, после чего наглухо закроем ОБА отверстия. Можно, конечно, закрыть и только одно нижнее, но тогда физико-теоретики могут сказать, а дури у них для этого хватит, что в окружающей среде произошли макроскопические изменения – типа сначала несколько десятков молекул (или несколько десятков миллиардов молекул) попало в верхнюю полость цилиндра при надавливании на поршень и потом снова были выдавлены оттуда. Поэтому, если зарыть ОБА отверстия, то этот довод будет невозможен.

Поставим цилиндр вертикально и надавим на поршень со всей своей дури. Газ внутри цилиндра сожмется и повысятся его температура (примерно так, как это следует из уравнения T*V^(k-1) = const , где k – показатель адиабаты) и давление.

После чего уберем руку – и – о, чудо – поршень вернется почти в первоначальное положение. Почему почти? Потому что существует сила трения между цилиндром и поршнем, хотя компания FESTO делает все возможное, чтобы максимально уменьшить эту силу трения – например, в качестве уплотнителей FESTO использует нитрилбутадиен (NBR).

Если мы уже из этого нового положения (назовем его положение 2) вновь сожмём газ и вновь позволим ему расшириться, убрав внешнюю силу, то убедимся в том, что поршень вернулся точнёхонько в это положение номер 2.

То есть – мы получили самый настоящий ОБРАТИМЫЙ адиабатный процесс. Причем главным успехом того, что мы произвели при втором сдавливании ОБРАТИМЫЙ процесс является то, что мы произвели этот процесс достаточно БЫСТРО.

Если бы мы делали это МЕДЛЕННО, мы бы как раз ОБРАТИМОГО процесса не получили – так как в этом случае неизбежно бы получили в качестве «подарка» теплообмен между «нагревшимся» внутри цилиндра газом с самим цилиндром и в конечном итоге – с окружающей средой. То есть если производить этот процесс медленно – мы не получим адиабатного процесса.

Поэтому написанное в статье и выделенное мной жирным шрифтом – обыкновенный тупизм физико-теоретиков, веками переписывающих одну бестолковую мысль из одной «умной» книжки в другую, с чем я их и поздравляю.

 

А теперь давайте посмотрим, откуда растут ноги у этих мыслей про «МЕДЛЕННО».

Смотрим книгу «Термодинамика» Нобелевского лауреата Энрико Ферми.

Вот как Ферми описывал цикл Карно: (к сожалению, я не смог найти оригинал - на английском или итальянском языке, но вряд ли тут замешана бестолковость или невнимательность переводчика):

«Ставим цилиндр на теплоизолятор и очень медленно увеличиваем объем, пока он не достигнет величины V_D. Так как система термически изолирована во время этой части процесса, то она изображается на рис. 1* отрезком адиабаты BD. В течение этого адиабатического расширения температура жидкости снижается с t2 до t1, и состояние системы обозначаем точкой D.

Рисунок желательно посмотреть в книге. Хотя, в принципе, это – самая заурядная диаграмма цикла Карно – из двух изотерм и двух адиабат. Но если кто желает, могу дать ссылку и наводку на книгу Ферми. Или просто сбросить в формате «дежа-вю».

 

Так вот. После проведенного эксперимента с пневмоцилиндром слова «очень медленно» вызывают у меня недоумение. Почему вдруг адиабатический процесс BD должен происходить очень медленно? А если поршень из цилиндра потянуть очень быстро? Это разве как-то повлияет на форму линии BD в pV-диаграмме? При идеальных условиях – в отсутствие теплообмена – никоим образом! Теоретически скорость протекания АДИАБАТНОГО процесса в отсутствие возможности какого-либо теплообмена не играет ровно никакой роли (На практике, как я показал, даже требуется как можно более ВЫСОКАЯ скорость протекания процесса)

Если изотермический процесс AB в теоретических размышлениях Ферми действительно должен протекать как можно медленнее – так, чтобы при вытягивании поршня из цилиндра температура газа внутри цилиндра не слишком падала (а падает она в полном соответствии с законом Гей-Люссака), то требовать очень медленного поднятия поршня для адиабатного процесса BD – бессмыслица.

 

Дело в том, что в реальных условиях воспроизвести плавный изотермический процесс весьма и весьма сложно. С адиабатическим же процессом проблем значительно меньше. Причем, чем быстрее производится процесс расширения или сжатия газа, тем незначительней влияние теплообмена и тем ближе реальная pV-диаграмма этого процесса к теоретической. Кстати, быстро проводимые адиабатические процессы вовсю используются в технике – например, для получения сжиженных газов, в установке П.С. Капицы (отца) для получения жидкого гелия.

Ну, и заканчиваем описание Ферми своей интерпретации цикла Карно:

«Помещая затем цилиндр на источник с температурой t1 очень медленно сжимаем жидкость [так написано в мастерском переводе, сделанным очередным кандидатом наук, на самом деле Ферми, скорее всего, имел в виду исключительно ГАЗ] по изотерме DC, пока ее объем не уменьшится до V_C.

Наконец, снова ставим цилиндр на теплоизолятор и по линии СА очень медленно адиабатически сжимаем жидкость [разумеется, газ], пока ее температура не повысится до t2.

Теперь система снова находится в начальном состоянии, которое показано точкой А на рис. 1.»

Еще раз посмотрим на описание цикла Карно у Энрико Ферми:

- на этапе AB (изотерма расширения) – мы очень медленно поднимаем поршень,

- на этапе BC (адиабата расширения) – очень медленно увеличиваем объем,

- на этапе CD (изотерма сжатия) – очень медленно сжимаем газ,

- на этапе DA (адиабата сжатия) – очень медленно адиабатически сжимаем газ...

 

Я, конечно, понимаю, что Энрико Ферми заслуженный человек и общепризнанный гений. Он даже смог прибавить 27 к 15 и разделить 29 на 2 (с чем у иммиграционных властей США, видимо, были серьёзные проблемы). Но ведь людям головы даны не только для того, чтобы повторять каждую дурь, прочитанную у гениев, но иногда и своими мозгами думать. Разве нет?

 

Если кто из физико-теоретиков теоретически со мной не согласен – пишите, обсудим.

Доклад закончил.