Обсуждение:Теплота

Категоричность

«Только один ученый поставил эту теорию под сомнение,...» ))) --Оний Постор 05:07, 28 мая 2011 (UTC)

Перенсено в теплород. А то там было пусто, а здесь - не по месту. Λονγβοωμαν 08:10, 28 мая 2011 (UTC)

дельта (большое)

Когда кто-то совершает работу, он совершает работу или изменение работы? Когда одно тело передает другому тепло, оно передает тепло (количество теплоты) или изменение тепла? Может убрать $\Delta$ перед Q и перед A? FeelUs 11:11, 2 июля 2011 (UTC)

Теплоту — на пенсию!

1) Термин «стандартные математические формулировки первого и второго начал термодинамики» мне категорически не нравится по той простой причине, что никаких таких стандартов здесь пока нет и в обозримом будущем не предвидится. Есть формулировки более распространённые и менее распространённые в нашей учебной литературе, есть более привычные и менее привычные Вам и мне лично, а вот стандартных не существует. Помните киплинговское: «существует сотня способов петь песню племени, и все они правильные»? Для первого начала в его традиционной формулировке δQ=δA+dU можно написать четыре разных выражения (отличающихся знаками у входящих в это выражение величин) в зависимости от используемого правила знаков для теплоты и работы. Сможете Вы указать и обосновать, какое из этих выражений стандартное, а какие нет?

2) Поскольку речь в статье «Теплота» идёт, с одной стороны, о терминах, на бытовом уровне прочно укоренившихся в устной и письменной речи, а с другой — о базовых научных понятиях, то тема эта непростая хоть для энциклопедического, хоть для любого другого изложения на научной основе. И главная трудность — в неизбежной консервативности людей, уже имеющих свои устоявшиеся воззрения на предмет рассмотрения: что мне много лет назад преподаватель на лекциях сказал, то и есть истина в последней инстанции, а всё прочее — ересь, не имеющая права на существование. Страсти, кипящие в английской Википедии при обсуждении понятия «Heat», основаны на трудностях отказа от устоявшихся и ставших привычными представлений, к которому нас с неизбежностью толкает развитие науки: всё как у нас, разница только в нюансах и акцентах — какой, с точки зрения конкретного автора, вопрос сейчас актуальнее прочих.

3) Мне нравится статья «Теплота» в Википедии, ибо она — лучшее из того, что встречалось мне на эту тему из написанного на русском языке. Но все авторы (включая меня, касавшегося некоторых из рассматриваемых здесь вопросов в статье «Термодинамика») не хотят покидать тот сложившийся в головах мир привычных представлений и сделать последний и решительный шаг к отказу от наследства теории теплорода — отказу от использования теплоты в качестве параметра фундаментального (т.е. жизненно необходимого для формулировки закона природы) и базового (т.е. жизненно необходимого для построения математического аппарата теории) и переводу понятия «теплота» в разряд вторичного (т.е. основанного на других базовых понятиях) и вспомогательного (т.е. не являющегося жизненно необходимым для формулировки закона природы).

Мне представляется, что в статье «Теплота» следует чётко заявить, что содержательный смысл первого начала термодинамики состоит в том, что оно конкретизирует закон сохранения энергии для термодинамических систем, вводя в рассмотрение новую физическую величину — внутреннюю энергию, и что традиционная математическая формулировка первого начала в виде соотношения δQ=δA+dU есть просто-напросто основанное на фундаментальном физическом законе определение теплоты для элементарного (т.е. бесконечно малого) термодинамического процесса, а не математическая формулировка самого закона природы, гроша ломаного не стоящая без костылей и подпорок в виде пробных тел, адиабатических оболочек и химической работы, в статье «Теплота» вообще не упоминаемой (в книге «Кубо. Термодинамика» (1970, с. 16; twirpx.com/file/245571/) эта величина названа «энергией переноса массы»; Пригожин и Кондепуди в «Современной термодинамике…» (2002, с. 52; twirpx.com/file/862692/) используют термин «дополнительный вклад из-за потока вещества»).

Возникают законные вопросы: зачем тогда вообще нужно соотношение δQ=δA+dU, насколько оно универсально и можно ли без него обойтись.

Соотношение это появилось на свет в ходе развития теории теплоты. По состоянию на сегодняшний день историческая миссия выражения δQ=δA+dU завершена и его смело можно отправлять на заслуженную пенсию в раздел «История физических воззрений». Параметр δQ в традиционном подходе к построению теории требуется единственно и исключительно для того, чтобы ввести ещё одну новую физическую величину — энтропию. Всё! После того, как с использованием внутренней энергии и энтропии сформулировано фундаментальное уравнение Гиббса и термодинамические неравенства, надобность в δQ отпадает раз и навсегда. Те величины, которые традиционно называют теплотами различных процессов, есть не что иное, как разности соответствующих ситуации термодинамических потенциалов. Так, под теплотой химической реакции обычно подразумевают разность энтальпий системы до и после процесса, и т.д., и т.п.

Соотношение δQ=δA+dU справедливо только для закрытых систем без химических реакций. Для открытых систем и для учёта химических процессов его модифицируют (см. например, книгу Р. Хаазе. Термодинамика необратимых процессов (1967, с. 27 и далее; twirpx.com/file/250036/), вводя понятие «энергии переноса массы». Поскольку эта физическая величина появляется именно в термодинамике, а не в других разделах физики, она должна быть задана в рамках термодинамики же посредством дополнительного постулата (начала, системы аксиом), иначе от хвалёной стройности традиционного построения термодинамики камня на камне не остаётся. Но… Вы когда-нибудь слышали о четвёртом начале, касающемся энергии переноса массы?

Ладно, не будем излишне придирчивы и не станем множить сущности без необходимости. Примем, что система аксиом первого начала вводит в рассмотрение и внутреннюю энергию U, и энергию переноса массы Z (т.е. для того, чтобы студенту было понятнее, что такое энтропия, для обоснования её существования приходится привлекать химические потенциалы). Спрашивается, нужно ли модифицировать определение для теплоты и записывать его как δQ=δA+δZ+dU (аналог формулы (1.2) в книге Кубо и формулы (2.2.4) в книге Пригожина и Кондепуди), либо (поскольку на бытовом уровне очевидно, что при химических реакциях выделяется или поглощается именно теплота) рассматривать энергию переноса массы как составную часть общей теплоты процесса. Рассмотрим сначала случай δQ=δA+δZ+dU. Ясно, что на основе этого соотношения выражение для энтропии с использованием традиционных подходов (хоть Клаузуса, хоть Каратеодори) уже не получить.

Спрашивается далее, а что будет, если энергию переноса массы рассматривать как составную часть общей теплоты процесса? А неизвестно, потому что никто ещё так не поступал. Ясно одно: математический аппарат теории, построенной посредством такого похода, будет отличаться от того, к которому мы привыкли, что мне представляется (пока) недопустимым. На основании чего я делаю такой вывод? Дело в том, что аналогичный по подходу прецедент построения теории уже имел место быть. В СТО-релятивистской термодинамике принимают справедливость соотношения δQ=δA+dU, а дополнительный параметр, зависящий от относительной скорости систем отсчёта, включают либо в выражение для работы, либо в выражение для теплоты. В результате получают две физически эквивалентные формулировки СТО-релятивистской термодинамики, каждая из которых имеет свой собственный математический аппарат (подробности можно найти в книге «Эйнштейновский сборник 1969–1970» (1970); twirpx.com/file/177986/).

Итак, выражение δQ=δA+dU требуется нам единственно для того, чтобы на его базе с помощью дополнительных подпорок и костылей обосновать существование энтропии для определённого подкласса термодинамических систем, а затем распространить это понятие на любые термодинамические системы, постулировав для них существование энтропии как функции состояния (с определённым набором свойств). Так не проще ли сразу так и поступить?

Не вдаваясь в несущественные сейчас для нас (но важные для ценителей математической строгости) тонкости, постулируем существование внутренней энергии и энтропии как функций состояния, зависящих, помимо прочих параметров, от масс компонентов. Внутреннюю энергию и энтропию будем рассматривать как величины фундаментальные и базовые. Абсолютную температуру выразим через внутреннюю энергию и энтропию. Энергию переноса массы будем рассматривать уже не как фундаментальную базовую величину, а как величину вторичную (построенную из базовых посредством химических потенциалов и масс компонентов), без которой можно и обойтись. Что мы и наблюдаем: на практике оперируют непосредственно химпотенциалами и массами компонентов, а не их комбинацией, по формальным признакам называемой уже «химической работой», а не энергией переноса массы.

Совершенно аналогично будем рассматривать теплоту процесса не как фундаментальную базовую величину, а как величину вторичную (построенную из базовых), без которой можно и обойтись (что мы и наблюдаем на практике), а именно: теплоту элементарного равновесного процесса выражают через энтропию и температуру посредством соотношения δQ=TdS, где T — абсолютная температура. Само слово «теплота» сохраняется и используется как составная часть в таких словосочетаниях, как «теплота фазового перехода», «Q=TΔS есть теплота равновесного изотермического процесса» и т.д.

4) Исходя из сказанного, представляется, что в статье «Теплота» должно быть чётко заявлено, что в наследство от теории теплорода нам достался параметр «теплота», рассматриваемый как фундаментальная физическая величина и базовое понятие для построения «теории теплоты». Такой подход традиционен и отражает реальный исторический путь развития соответствующего раздела физики (здесь нам важна не тернистость этого пути, а его извилистость): от работы Карно по теории тепловых машин и уравнения теплопроводности Фурье через работы Майера, Джоуля, Клаузиуса, Томсона, Гиббса, Нернста, Каратеодори, Фаулера, Онзагера и др. к современной термодинамике. Главный недостаток такого подхода состоит в следующем. Математический аппарат современной равновесной термодинамики базируется на фундаментальном уравнении Гиббса. Вывести его из первого и второго начал можно только посредством использования всевозможных подпорок и костылей, законами природы не являющихся, и, следовательно, допустимость такого подхода целиком и полностью основана на не вызывающей сомнения справедливости получаемого конечного результата.

Наряду с традиционным существует и более современный подход, в рамках которого логическую стройность теории основывают на переводе понятия «теплота» из необходимых и базовых в необязательные и вторичные, а математический аппарат строят на основе отражающих законы природы постулатах о существовании внутренней энергии и энтропии.

Помните, что Макс Планк в своей автобиографии писал о распространении новых идей в науке? «Старое поколение учёных не меняет своих воззрений, оно просто вымирает, а новое усваивает истину сразу». Взошедшая на наших глазах звезда под названием «Википедия» даёт своим авторам мощнейший инструмент воздействия на формирование современных научных представлений. И если Википедия объявит некие воззрения устаревшими и отмирающими, а альтернативные воззрения современными, то через несколько лет новое научное поколение будет уже воспринимать такое положение вещей уже как трюизм.

Называть «современным» изложенный мной поход к построению термодинамики без использования понятия теплоты в качестве базового (просто, чётко и последовательно такое построение реализовано в книге «Callen H. Thermodynamics (1960)»; twirpx.com/file/1104083/) можно только с очень и очень большой натяжкой, ибо ему уже более полувека. А вот «классическим» его называть, пожалуй, рановато по той простой причине, что данный подход не получил распространения в отечественной учебной литературе. Mayyskiyysergeyy 12:56, 25 октября 2013 (UTC)

• Прошу прощения за краткость ответа, сейчас я в силу недостатка времени не имею возможности комментировать подробно все Ваши аргументы и предложения. Постараюсь коротко коснуться всего, что касается данной конкретной статьи.

1. Термин «стандартные» мне тоже не нравится, но термин «классические» нравится ещё меньше. Давайте или уберём это слово и оставим как было — «математические формулировки» без уточняющих прилагательных, или предлагайте свои варианты, будем искать консенсус.

2. Насколько я понял, в англовики дискуссия разгорелась из-за того, что оппоненты заспорили, какие источники считать наиболее авторитетными и как наиболее точно их пересказать, чтобы не впасть в противоречие с другими источниками, не менее авторитетными с точки зрения других оппонентов. К сожалению, спорщикам не удалось избежать перехода на личности. В любом случае нас их проблемы не касаются.

3. Ваши предложения об изложении аксиоматики термодинамики на основе понятий внутренней энергии и энтропии вполне потянут не на одну статью. Как минимум статья Аксиоматика термодинамики должна быть. За основу можно взять книгу Путилова и другие Ваши ссылки. Вряд ли без такой внятно написанной статьи читатели статьи Теплота разберутся в тонкостях дискуссий корифеев.

4. У меня не вызывает никакого энтузиазма идея использовать Википедию как площадку для воздействия на формирование современных научных представлений. Даже если это не будет орисс, найдутся желающие объявить это ориссом. Как мне кажется, в статьях Википедии о науке надо стараться максимально простым и точным языком (как в понравившихся Вам фрагментах статьи Теплота) объяснять вещи, которые в книгах могут быть написаны сложно и нудно, и сверх того давать возможность заинтересованным читателям обращаться к наилучшим источникам и обзорам там, где компетенция Википедии заканчивается. --Fedor Babkin 18:01, 25 октября 2013 (UTC)

• • Я бы оставил уточняющее прилагательное «традиционные», дабы оттенить тот факт, что оные формулировки не есть единственно возможные, но не возражаю и против возврата к тому, что было; решение — за Вами. Над остальными затронутыми вопросами буду продолжать размышлять. Возможно, Вам удастся выкроить время, чтобы покритиковать мои построения: это, знаете ли, способствует… Всего доброго. Успехов! Mayyskiyysergeyy 21:09, 25 октября 2013 (UTC)

Статья в целом верная, но есть одно пожелание и одно возражение. Желательно двойственность понятия термина "Теплота", с одной стороны, как количесва энаргии(количество тепла), а с другой - как способ передачи энергии отразить в начале, а не в конце статьи. Возражение вызывает фраза: "Многие понятия термодинамики возникли в связи с устаревшей теорией теплорода, которая сошла со сцены после выяснения молекулярно-кинетических основ термодинамики" по двум причинам. Первая из них та, что у феноменологической термодинамики, в отличие МКТ и Статфизики, нет молекулярно- кинетических основ. Она основывается на постулатах(аксиомах) термодинамики, а не на гипотезах строения вещества. Что касается теории теплорода, то она была отброшена в связи с становлением и утверждением закона сохранения энергии. Thermokon 17:54, 29 мая 2015 (UTC)

Краткость - сестра таланта

Если нет ответа на вопрос в одно - три предложения - это лукавство.

Теплота - форма беспорядочного (теплового) движения образующих тело частиц (молекул, атомов, эл-нов, фотонов и т. д.); Мерой теплоты служит количество тепловой энергии, получаемой или отдаваемой системой при теплообмене (при неизменных внеш. параметрах системы: объёме и др.) Количество теплоты в международной системе единиц (СИ) измеряется в джоулях (Дж, J).

195.208.158.45 06:36, 20 ноября 2019 (UTC)Кузьмич

• Тепловая энергия вообще не существует, это бессмыслица и с физической и с математической точек зрения. — Mayyskiyysergeyy (обс.) 07:34, 20 ноября 2019 (UTC)
  • Если бы таковой (энергии) не существовало то и нас бы не существовало, с практической точки зрения. 195.208.158.45 06:14, 21 ноября 2019 (UTC)Кузьмич
    • А где ссылка на АИ? Хотя бы для приличия можно было упомянуть о нестандартном подходе к обсуждаемому вопросу Я. И. Герасимова (статья «О некоторых основных понятиях термодинамики»). Вы же вместо подкрепляющих Вашу точку зрения АИ демонстрируете только собственную безграмотность, помноженную на апломб. — Mayyskiyysergeyy (обс.) 08:04, 21 ноября 2019 (UTC)
      • Если бы Аристотель цитировал кого-то, то никто бы не цитировал Аристотеля. 195.208.158.45 05:42, 3 декабря 2019 (UTC)Кузьмич
        • Да, Аристотель — это голова! Такая голова, что чуть ли не две тысячи лет квазиучёные цитировали высказывание Аристотеля о восьминогих мухах! — Majskij (обс.) 09:43, 3 декабря 2019 (UTC)

Литература

• Герасимов Я. И. О некоторых основных понятиях термодинамики (рус.) // Вестник Московского университета. Серия математики, механики, астрономии, физики, химии. — Издательство Московского университета, 1958. — № 1. — С. 177—181.
• Путилов К. А. Термодинамика / Отв. ред. М. Х. Карапетьянц. — М.: Наука, 1971. — 376 с.