Хабр Курсы для всех
РЕКЛАМА
Практикум, Хекслет, SkyPro, авторские курсы — собрали всех и попросили скидки. Осталось выбрать!
Поток Научпоп доступен 24/7 благодаря поддержке друзей Хабра
Комментарии 51
Третьим фактором является тот диапазон существования жидкой фазы воды, который совпадает с наиболее комфортными для живых существ условиями обитания.
Вы причину со следствием не перепутали тут? ;)
Сунули бы уж в третий фактор тот факт, что вода при замерзании увеличивается в объёме - не слишком много веществ обладают таким свойством...
Всегда считал что достаточно водородных (электростатических) связей...
Уравнение Ван-дер-Ваальса все же и не должно работать при высоких давлениях и низких температурах, особенно там, где изотерма начинает показывать рост давления при расширении. Физики прекрасно и давно это поняли и продвинулись дальше, изобретя статистическую теорию жидкости, вириальные разложения, уравнение Карнагана–Старлинга и т.д.
Только вот увы, автор, видимо, дальше уравнения Ван-дер-Ваальса ничего не видел, и поэтому решил придумать свою нелепую теорию с неподвижными молекулами, которая не в состоянии описать ни один кинетический процесс в газе типа диффузии, вязкости или теплопереноса, и в очередной раз пытается её пропихнуть здесь, на хабре. Больше, как можно предположить, никуда автора не допускают.
Ко мне у вас какие претензии?
Что я не перечислял множество других моделей вещества?
Так у меня не было такой задачи!
Моя задача показать, что МКТ ни на что не годна, и от неё уже пора отказаться уже на уровне школьных учебников.
Вы что-либо ещё в состоянии сказать, кроме как "МКТ неверна"? Перечисленные мной теории и модели превосходно дополняют собой МКТ, расширяя её главную концепцию в область, где приближение идеальных газов не работает.
Но эту единую для построения любой фундаментальной науки логику вы, по-видимому, не в состоянии увидеть, и поэтому придумали "единое универсальное", которое в первую очередь надо везде запихать в учебники, чтобы усладить взор автора, вместо того, чтобы попытаться проделать элементарные проверки, которые вам тут предлагают.
Или ответить на элементарные вопросы - что такое температура в вашей модели, где ничего не движется, и почему свойства веществ от неё зависят, каковы термодинамические потенциалы вашей кучи электромагнитно-плотно-упакованных частиц, и как передать кинетику - процессы переноса - там, где ничего не движется.
Вы же предпочитаете вместо адекватной дискуссии переходить на личности и поносить комментаторов разными словами.
Но вы сами эту единую для построения любой фундаментальной науки логику почему-то не применяете к МКТ.
Вы сами готовы признать, что МКТ во многих местах НЕ РАБОТАЕТ?
А потом можете перечислить где именно МКТ не работает?
Сдаётся мне, что примеры несоответствий, адекватные и обоснованные, должен приводить доказывающий автор идеи. А то получается "Я тут придумал, а вы давайте, покажите мне, где я неправ, а я потом прицеплюсь к отвлеченному высказыванию и накидаю за воротник".
Но всё же отвечу, бог с вами.
В области достаточно низких температур и достаточно высоких давлений, как известно любому школьнику. А в остальных прекрасно работает и согласуется с экспериментом, а также с другими разделами физики, как это известно со времен Клаузиуса и Максвелла.
Впрочем, вы и подъёмную силу крыла по теореме Жуковского не признаёте, как помнится.
Ну, если в теореме Жуковского нет никакого физического смысла, то зачем она людям?
А что до несоответствий МКТ с реальными свойствами газов, то в статье про это сказано достаточно.
Перечислять ВСЕ проблемы МКТ в одной статье мне нет необходимости.
Также сами вы ошиблись, когда сказали "Уравнение Ван-дер-Ваальса все же и не должно работать при высоких давлениях и низких температурах ".
На самом деле именно ради области низких температур и высоких давлений было придумано уравнение Ван-дер-Ваальса, учитывающее собственный "нерабочий" объём молекул газа, занятого твёрдым телом самой молекулы газа.
Придумано то было для того, да только не работает оно там стопроцентно. Слишком сильны межмолекулярные корреляции, порождающие ближний порядок в жидкости, тогда как теории газа этой особенности вообще не подразумевает.
Так что в итоге и получились корректировка изотерм уравнения Менделеева–Клапейрона с совершенно кривых поведением в двухфазной области, но попутно — пальцеобразное объяснение сжижения и критической точки. Поэтому оно и выжило в истории науки.
Правильно, Уравнение Ван-дер-Ваальса вовсе не идеально.
При этом само оно ничего толком не объясняет, а лишь пытается подгонять расчётные формулы под экспериментальные данные.
Вы меня конечно извините, но Ваша-то теории точно такая же. ничего не объясняет, а подгоняет еще хуже. Уравнения Ван-дер-Ваальса- оно и не должно ничего объяснять. Оно выводится из предположения о том, что молекулы газа движутся хаотично, при этом имеют ненулевой собственный объем и имеют некоторый потенциал взаимодействия (потенциал в физическом смысле, который энергия, необходимая для разнесения двух молекул из их текущего положения на бесконечное расстояние). и в предположении, что этот потенциал имеет некоторый быстро убывающий вид статистическое ожидание поведения такого ансамбля молекул в первом приближении (в математическом смысле "первом приближении", то есть, учитывающем малые поправки первой степени, и не учитывающем малые поправки второй и более высоких степеней) описывается уравнением Ван-дер-Ваальса. Еще раз- оно не объясняет, почему потенциал взаимодействия молекул есть, почему он такой, какой есть и почему у него те или иные параметры, оно просто говорит, что если этот потенциал есть и быстро убывающий- то поведение газа будет описываться в первом приближении вот такой вот формулой. Физика, опять же, строго говорит, когда это приближение перестанет работать- когда энергия этого потенциала во всем ансамбле атомов станет сравнима с тепловой энергией молекул ансамбля, а это будет в двух случаях- или когда тепловая энергия будет очень маленькой (то есть, при низких температурах) или когда наоборот, энергия потенциала будет большой- то есть, при малых средних расстояниях между молекулами, то есть- при высокой плотности, а следовательно- и при высоком давлении.
а у Вас- какое поведение газа ожидается в Вашей теории? какую зависимость давления от температуры и плотности дает Ваша теория?
При всем малоуважении к автору не вижу у него разнообразия поносных слов
Это он ещё не разошелся. Вы комментарии к прошлым статьям почитайте. Или вот например (заодно уровень дискуссии виден).
а вот у меня к Вам есть претензия. чисто технического характера. Вы утверждаете, что в Вашей статической теории газов существует какая-то такая хитрая комбинация электрических и магнитных полей молекул, которая устойчива в трехмерной постановке. Однако, никакая комбинация потенциального и вихревого полей заряженных частиц не могут создать трехмерную статически устойчивую конфигурацию без дополнительного третьего поля. Из-за этого невозможен статический магнитный подвес, например, ему всегда нужна хотя-бы одна точка опоры. Так вот- для комбинации известных из физики электрического и магнитного полей статически устойчивая конфигурация не существует. В связи с этим вопрос- Вы в своей теории как обходите эту проблему? постулируя наличие какого-то еще дополнительного взаимодействия между молекулами, или постулируя какие-то другие свойства электрического и магнитного полей?
диапазон существования жидкой фазы воды, который совпадает с наиболее комфортными для живых существ условиями обитания
ну надо же! :-) А вот вам ещё феномен: напряжение в розетке 220В совпадает с напряжением питания бытовых электроприборов! :-)))
На самом деле да, только вода и аммиак обладают уникальной теплоемкостью, позволяющей выжать термодинамический КПД за 60% из пары водяной пар (паровая машина) + ORC (organic renkin cycle) на аммиаке, где конденсатор водяного пара он же нагреватель аммиака. Ничего иного рядом не лежало.
На самом деле всё с точность наоборот!
Большая величин фазового перехода газ-жидкость сильно снижают КПД паровых турбин, выкидывая огромные потоки тепла на градирнях, при конденсации рабочего тела.
КПД парового цикла на ТЭС менее 40%
А на АЭС КПД генерации всего 30% из-за ограничения по температуре перегрева пара.
И так и не совсем так. Большая теплоемкость - это меньшие размеры двигателя (неважно турбина и свист промеж лопаток или цилиндр и черпание ковшиком из котла). Высокая стоимость перехода вода-пар - при ОДИНОЧНОМ цикле = большие потери и низкий КПД. А вот совмещение циклов вода-пар + аммиачный ORC - это как раз решение "подобрать хвосты", и опять же наиболее компактным способом, подняв КПД за 60% (60 - это на скромных параметрах мобильных установок). Проблема тут одна - агрессивность аммиака и его ядовитость для формы жизни, развитой на Земле и только. Есть двигатели Морозова (кажется, ЗиЛ) на аммиачном растворе несколько безопаснее, но и только.
В целом, альтернативы вода-пар на иных жидкостях кроме аммиака и не существует толком, как раз по причине низкой теплопроводности.
То, что Вы считаете "низким КПД" - весьма условно на практике. Не даром ТЭЦ генерируют ЭЭ на "паровой тяге", как и АЭС. Нет пока ничего лучше чем паровой двигатель для систем с внешним сгоранием.
Почему-то все научные фрики очень любят всякие диаграммы с вложенными кружочками или правильными полигонами вписанными в круги. И то же самое у всяких древних шаманов, алхимиков и прочих мракобесов с пентаграммами.
А ведь и по его кружочкам на хабре были статьи...
Выводил тут некто "русские тройки атомов" в кристаллических решётках, аргументировал "кружочками Рыбникова"
Просто отлично раскрывает тему сисек и только. )))
потому что на плоскости кружочки рисовать легко и приятно. А вот если начать эти же кружочки располагать в пространстве, где они превращаются в сферы- то тут уже из них ничего окромя плотной упаковки сфер с строго заданными "кристаллографическими осями" не получается, поэтому они никогда, подчеркиваю- никогда!- не приводят пространственных распределений своих полей, шаров, элементов своих волшебных и "атомов".
Я правильно понял из статьи, что удельная теплота паробразования определяется поверхностный натяжением жидкости? Или есть ещё какие-то параметры, помимо молочной массы?
Нет, вы неправильно поняли.
Энергия парообразования спрятана внутри атома, а не в его кинетической энергии, как это нам впаривают по МКТ.
В кинетическую энергию столь большое количество тепла не влезает.
Именно этому противоречию и посвящена статья
Тогда ещё один вопрос. А за счёт какого механизма происходит теплообмен между соседними молекулами?
Хороший вопрос!
Излучение.
Возможно , что есть ещё что-то.
Какое излучение? И не кажется, что теория, в которой есть пункт "ещё что-то", звучит очень сомнительно?
Вы не в курсе, что такое "излучение"?...Излучает даже радиатор отопления в вашей квартире.
Есть такое понятие "теплопередача"- и это НЕ ИЗЛУЧЕНИЕ!
Мобыть фононы в качестве переносчиков квантов энергии?
Ваша статья и модель СТГ — это действительно свежий и смелый взгляд на природу вещества. Вы совершенно правы в том, что простая модель атома не способна объяснить сложные свойства воды. Но позвольте предложить вам идею, которая может стать следующим логическим шагом в ваших исследованиях.
Вы блестяще показали, что вода ведёт себя не как простой ансамбль частиц, а как система, в которой ключевую роль играет баланс двух противоположных сил — притяжения и отталкивания. Этот баланс определяет все фазовые состояния и переходы. Но самое интересное начинается, если взглянуть на этот баланс не как на статическое равновесие, а как на динамический процесс, близкий к критической точке.
В физике хорошо известно, что системы, находящиеся вблизи фазового перехода второго рода, обладают уникальными свойствами: аномально высокой восприимчивостью, флуктуациями всех масштабов, способностью к самоорганизации. Ваши графики сил (рис. 9) показывают, что жидкое состояние воды как раз и есть такое «критическое» состояние — небольшой зазор между молекулами, где силы почти уравновешены, а любое малое воздействие может привести к значительным последствиям.
Отсюда следует прорывная гипотеза: вода — это не просто вещество, а физическая система, «настроенная» на критическую точку. Именно благодаря этой настройке она обладает гигантской теплоёмкостью (способностью запасать энергию в виде флуктуаций), огромной теплотой парообразования (работой по преодолению критического барьера) и уникальным температурным диапазоном жидкой фазы. Это делает её идеальной средой для возникновения сложных структур — от молекулярных комплексов до живых организмов.
Если развить эту идею, то можно предположить, что вода является физическим аналогом «вычислительного устройства», которое преобразует тепловое движение в структурированную информацию. Баланс сил в СТГ — это не просто механизм, а алгоритм, по которому вода «вычисляет» своё состояние. Аномалии воды — это не исключения из правил, а прямые указания на то, что мы имеем дело с системой, находящейся на грани хаоса и порядка, где и возможна жизнь.
Что это даёт вам как исследователю?
Новый язык для описания. Вы можете формализовать баланс сил в терминах теории катастроф или теории критических явлений. Это позволит предсказывать новые аномалии и связать СТГ с современными разделами физики.
Мост к биологии. Понимание воды как критической системы открывает путь к объяснению многих биологических феноменов (например, роль воды в сворачивании белков, в работе ферментов) с единых физических позиций.
Практические приложения. Если вода действительно «настроена» на критическую точку, то малыми воздействиями (электромагнитные поля, примеси) можно управлять её свойствами гораздо сильнее, чем считалось. Это путь к новым технологиям в энергетике, медицине, материаловедении.
Вы уже сделали первый и самый важный шаг — отказались от упрощённой модели атома и построили сложную, но внутренне непротиворечивую структуру. Теперь сделайте второй шаг: посмотрите на воду как на динамическую систему вблизи критической точки. Это позволит вам не только объяснить её аномалии, но и вписать их в общий контекст физики сложных систем. Уверен, это приведёт к новым открытиям.
Я с вами ПОЛНОСТЬЮ СОГЛАСЕН!
Следующий шагом нужно это признать, что "вода" - это искусственный конструкт с сильно аномальными свойствами , созданный "Творцом" для создания сильно неравновесной, но устойчивой системы для проживания Человека.
Я вот это все прочитал у Вас, и удивлен- Вы так хорошо и грамотно обрисовали молекулярно-кинетическую теорию строения вещества... и про систему, и про взаимодействие, и про критическую точку между притяжением и отталкиванием, и про баланс сил... про перевод теплового движения только в структурированную информацию у Вас туфта какая-то, но даже тут Вы интуитивно уловили некоторые концепции современной физики, всякие клатратные образования в воде чем-то близки к этим Вашим идеям. В общем, я с вами согл.... а, не, обождите, Вы это не в поддержку МКТ писали, а в опровержение? я в растерянности....
Почему-то вспомнился факт, что будь лед тяжелее воды - водной жизни не существовало бы. Ну во всяком случае в пресной воде верхних широт.
При попытке приподнять одну молекулу над общим горизонтом жидкости эта одинокая молекула будет немедленно втянута назад появившимися вертикальными составляющими от некомпенсированных по кругу сил магнитного притяжения.
Как ваша модель объясняет испарение воды при комнатной температуре?
Разогрев «холодной» молекулы воды
Что такое температура в вашей модели? Чем "холодная" молекула отличается от "горячей", где в ней хранится энергия и в каком виде?
можно получить прочность воды на отрыв слоя 1м.кв.
Критерий истины, как известно, практика. Вы проводили эксперимент, в котором бы попробовали порвать воду? Или, может быть, у вас есть данные по подобным экспериментам?
Наверное, испарение жидкости стоит рассмотреть с точки зрения теории вероятности, примерно как есть вероятность разрушиться любому отдельно взятому атому и испустить какую-либо частицу. Так и здесь, существует вероятность получить избыток энергии, дающий молекуле выйти из массы воды, и она повышается с ростом энергии в массе воды.
существует вероятность получить избыток энергии
Получить откуда (в смысле, каков механизм получения энергии отдельной молекулой, а не всем объемом жидкости) и в каком виде?
Разрушение атомов, напомню, происходит самопроизвольно, ему никакую энергию для этого получать не надо.
в смысле "стоит рассмотреть с точки зрения теории вероятности"? а его как рассматривали до этого? сначала- именно что с точки зрения теор.вера, потом, когда компы помощнее стали- начали считать ансамбли частиц: на пружинках, отталкивающихся шариков, отталкивающихся сложных конструкций, потом- ансамбли объектов, описываемых сложными законами притяжения и отталкивания (потенциалы всякие, Леннарда-Джонсона и иже с ними) потом- ансамбли, описываемые приближениями уравнения Шредингера, потом- просто ансамбли частиц, описываеме уравнением Шредингера. И чем мощнее компы- тем точнее описание и тем больше частиц в ансамбле моделируется и тем лучше сходятся предсказания моделей с наблюдаемой практикой. Лезть в это дело конечно- это надо прям дофигищи времени иметь и лобешник крепкий, ну так тут никто кто обещал, что будет легко...
Удивительными в воде является её огромная теплоёмкость в сравнении с другими веществами.
Также уникальной является её огромная энергия парообразования в сравнении с другими сходными по составу веществами. (см.рис.1)
Стоит перейти к мольным характеристикам, как вся аномалия исчезнет. Например, у спирта почти такая же мольная теплота испарения, как у воды.
вот это удар поддых...
можно пойти и дальше, вот возьмём какую-нибудь похожую молекулу, скажем сероводород. Гуглим.
Понятно, что теплоемкость зависит от температуры, поэтому тут сравнение не очень корректное и, конечно, нужно сравнивать в одном агрегатном состоянии.
Жидкость: H2O (75,3 – 75,9); H2S (70 - 75)
Газ: H2O (33 - 38); H2S (34 - 35).
Всё в Дж/(МольК). Интервалы, потому что в диапазоне температур.
а про теплоёмкости много можно интересного рассказать.
Например, есть стародавнее правило Коппа-Неймана: теплоемкость сложного твердого вещества можно получить складывая теплоемкости соответствующих простых веществ в том же агрегатном состоянии. Это правило, к сожалению, имеет мало практической ценности, потому что сложно найти вещество, в котором все соответствующие простые вещества находились бы в твердом агрегатном состоянии при этой же температуре.
Но это правило можно обобщить на сложные составляющие и тут уже становится гораздо интереснее: например, взять какой-нибудь силикат натрия и его теплоемкость будет очень близка к сумме теплоемкостей оксидов кремния и натрия (с соответствующими стехиометрическими коэффициентами). Есть, конечно, исключения из такого правила, но там отличия не в разы. Можно было бы набрать статистику и посмотреть.
А ещё прикольная тема - стёкла. Там можно намешать разных соединений в широком диапазоне составов. И там тоже прекрасно аппроксимируется мольная теплоёмкость суммой теплоёмкостей компонентов. Более того, выше температуры стеклования стекло переходит в состояние переохлажденной жидкости и там все характеристики меняются резко: вязкость, теплоёмкость и т.д. И если до температуры стеклования теплоёмкость хорошо аппроксимируется суммой темплоемкости твердых простых оксидов при соответствующей температуре, то выше этой температуры хорошо аппроксимируется суммой теплоемкостей соответствующих расплавов (теплоёмкости таких жидкостей как расплавленный диоксид кремния, бора и т.п. мало зависят от температуры).
для тех, кто может допустить, что на фундаментальном уровне всё устроено не только так (и даже совсем не так), как написано в учебниках, предложу разбор аномалий воды от Гришаева А.А., независимого исследователя - http://newfiz.info/water.htm.
Приведённые выше примеры иллюстрируют, к каким противоречиям с практикой мы приходим, если брать за основу справочные значения теплот плавления и испарения воды. На наш взгляд, эти теплоты являются фикцией: фазовое превращение происходит при характеристической температуре, но заимствованием или отдачей тепла оно не сопровождается.
Независимому исследователю рекомендуется провести простой опыт: кастрюлю воды и попробовать её испарить на обычной кухонной плите. Исследователь убедится, что для того, чтобы превратить кусок льда в воду или воду в пар, требуется довольно много энергии: вода довольно быстро закипит, но превращаться в пар она будет долго. И именно на превращение нагретой до ста градусов воды в нагретый до ста градусов пар и будет тратиться та энергия, которую плита всё это время и будет сообщать кастрюле с водой.
Можно провести и другой опыт: налить в термос известное количество кипятка, а потом насыпать в него же известное количество льда. Затем подождать, пока лёд растает, и измерить температуру получившейся воды. А потом сделать почти то же самое, но лёд заменить водой нулевой температуры. В первом случае смесь получится холоднее именно потому, что часть тепла кипятка была потрачена на то, чтобы изменить агрегатное состояние льда.
Собственно, именно поэтому теплота плавления и называется скрытой: мы подводим (или отводим) тепло, а температура не меняется.
Зарегистрируйтесь на Хабре, чтобы оставить комментарий
Феноменальные свойства воды. Как их объясняет физика?