Вводная часть. Термодинамика макромира освоена давно и изучена основательно

Термодинамика макромира освоена давно и изучена основательно. Термодинамика микромира только разрабатывается. Их объединяют фундаментальные понятия тепло и температура, чёткий физический смысл которых появился лишь в начале рождения термодинамики микромира [1]. В результате появилась возможность установить связь между термодинамиками макро – и микромира.

В Физическом энциклопедическом словаре написано: «Термодинамика – наука о наиболее общих свойствах макроскопических физических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, и о процессах перехода между этими состояниями». Поскольку основой любых макроскопических систем являются обитатели микромира, то термодинамика макромира должна иметь связь с термодинамикой микромира. Попытаемся установить эту связь.

Термодинамика макромира использует ряд специфических понятий. Первое из них - «Первое начало термодинамики», которое устанавливает эквивалентность теплоты и работы и позволяет сравнивать их количества в одних и тех же единицах. Основы этой эквивалентности были заложены Ю. Р. Майером и Дж. Джоулем в 1842-1943 годах. Из этого начала следует невозможность создания так называемого «вечного двигателя», под которым стали понимать процесс, рождающий энергии больше, чем затрачено на его реализацию. Это следствие было признано всеобщим и явилось главным критерием для безоговорочного отрицания существования таких процессов, которые генерируют энергии больше затрачиваемой на их реализацию. Кратко этот критерий называют законом сохранения энергии.

Однако, в конце ХХ и начале XXI появилось достаточно много экспериментальных данных, которые поставили под сомнение достоверность указанного критерия. Например, японцы уже выпустили экспериментальный образец мини автомобиля, движущегося за счёт электричества, получаемого из воды, без каких – либо дополнительных затрат энергии. Раньше это считалось невозможным.

Ошибочность закона сохранения энергии, как критерия для оценки баланса между затрачиваемой и вырабатываемой энергией сохранялась так долго потому, что не был открыт закон формирования мощности в электрических цепях с разной скважностью импульсов. Теперь этот закон открыт и его достоверность доказана экспериментально. Оказалось, что при импульсном воздействии на ионы и кластеры воды затраты энергии на её нагревание зависят от скважности импульсов и могут быть значительно меньше получаемой при этом тепловой энергии. Это явно противоречит закону сохранения энергии в его существующей формулировке и отрицает достоверность «Первого начала термодинамики» [1]. Однако указанный эффект оставался не выявленным, так как он реализуется только тогда, когда первичный источник электричества генерирует импульсы напряжения и тока с той же скважностью, с какой работает потребитель этих импульсов. Поскольку все первичные источники электричества, включая батареи, генерируют напряжение непрерывно, то энергетическая эффективность процесса нагревания воды оставалась не выявленной и нереализованной [1].

Вторым специфическим понятием Термодинамики макромира является понятие «Второе начало термодинамики». Физическую суть этого понятия наиболее удачно отразил Р. Клаузис в 1850 г. Она заключается в том, что невозможен процесс, при котором теплота переходила бы самопроизвольно от тел более холодных к телам более нагретым. Дальше мы приведём математическую модель этого закона и детально опишем причины, реализующие его в реальной действительности. Новая теория микромира усиливает достоверность и значимость «Второго начала термодинамики».

Выявление особенностей Термодинамики микромира начнём с анализа закона излучения абсолютно черного тела, открытого Максом Планком в начале ХХ века.

1. Закон излучения абсолютно черного тела –