Теплопередача – это учение о процессах переноса теплоты. Самопроизвольный процесс переноса теплоты в пространстве с неоднородным полем температуры называют теплообменом [1].

Что нагретый солнцем камень к вечеру остывает, знали ещё неандертальцы. Но в современной формулировке более широкой информации о процессах нагревания и остывания тел нет. Теоретическая физика должна ответить на два вопроса: почему и как происходит нагревание и остывание всех физических объектов? Рассмотрим процессы и состояния в веществах, которые легли в основу официальной современной теории передачи и приёма тепла.

1.1. Теплота.

Внутренняя энергия термодинамической системы может изменяться двумя способами: посредством совершения работы над системой и посредством теплообмена с окружающей средой [2]. Энергия, которую получает или теряет тело в процессе теплообмена с окружающей средой, называется количеством теплоты́ или просто теплотой. Теплота — это одна из основных термодинамических величин в классической феноменологической термодинамике. Количество теплоты входит в стандартные математические формулировки первого и второго начал термодинамики.

Для изменения внутренней энергии системы посредством теплообмена также необходимо совершить работу. Однако это не механическая работа, которая связана с перемещением границы макроскопической системы. На микроскопическом уровне эта работа осуществляется силами, действующими между молекулами на границе контакта более нагретого тела с менее нагретым. Фактически при теплообмене энергия передаётся посредством электромагнитного взаимодействия при столкновениях молекул. Поэтому с точки зрения молекулярно-кинетической теории различие между работой и теплотой проявляется только в том, что совершение механической работы требует упорядоченного движения молекул на макроскопических масштабах, а передача энергии от более нагретого тела менее нагретому этого не требует.

Энергия может также передаваться излучением от одного тела к другому и без их непосредственного контакта.

Количество теплоты не является функцией состояния, и количество теплоты, полученное системой в каком-либо процессе, зависит от способа, которым она была переведена из начального состояния в конечное.

Единица измерения в Международной системе единиц (СИ) — джоуль. Как единица измерения теплоты используется также калория. В Российской Федерации калория допущена к использованию в качестве внесистемной единицы без ограничения срока с областью применения «промышленность».

1.2. Нагревание.

Нагрев – искусственный либо естественный процесс повышения температуры материала/тела, либо за счёт внутренней энергии, либо за счёт подведения к нему энергии извне [3]. Для подведения энергии извне используется специальное устройство — нагреватель (нагревательный элемент), того или иного вида и конструкции.

Нагрев тела происходит за счёт увеличения скорости движения либо колебаний молекул и атомов, составляющих его. Движение молекул и атомов в разных телах происходит по-разному. Нагрев газов — молекулы газов беспорядочно движутся с большими скоростями (сотни м/с) по всему объёму газа. Сталкиваясь, они отскакивают друг от друга, изменяя величину и направление скоростей.

Нагрев жидкостей — молекулы жидкости колеблются около равновесных положений (так как расположены почти вплотную друг к другу) и сравнительно редко перескакивают из одного равновесного положения в другое. Движение молекул в жидкостях является менее свободным, чем в газах, но более свободным, чем в твердых телах.

В твёрдых телах частицы колеблются около положения равновесия. С ростом температуры скорость частиц увеличивается, поэтому хаотическое движение частиц принято называть тепловым. Нагрев тела зависит от его теплоёмкости и теплопроводности.

Нагревание в химической технологии в основном используют для ускорения массообменных и химических процессов, температурные условия протекания которых определяется выбором теплоносителя и способа нагрева:

Индукционный нагрев — метод бесконтактного нагрева токами высокой частоты электропроводящих материалов.

Диэлектрический нагрев — метод нагрева диэлектрических материалов переменным во времени электрическим полем.

Анодный электролитный нагрев — теплофизические и электрохимические процессы на поверхности анода, связанные с локальным вскипанием жидкости за счет выделения джоулева тепла. Используется для скоростного упрочнения поверхностей деталей, скоростной цементации, азотирования, борирования, нитроцементации и/или закалки в рабочем электролите. Анодная электрохимико-термическая обработка сталей и сплавов позволяет увеличить поверхностную твердость, износостойкость, коррозионную устойчивость.

1.3. Охлаждение.

Охлаждение — понижение температуры тела, воздуха или тела теплокровных [4]. Гипотермия — состояние организма, при котором температура падает ниже нормы. Криобиология — раздел биологии, изучающий воздействие холода на живые организмы. Криотерапия — лечение холодом. Терморегуляция — способность организма поддерживать температуру тела.

Охлаждение — передача тепловой энергии посредством теплового излучения, конвекции и теплопроводности. Искусственное охлаждение — понижение температуры (получение искусственного холода) тела или среды с помощью специальной техники, приспособлений и устройств.

1.4. Теплопроводность.

Теплопроводность — способность материальных тел проводить энергию (теплоту) от более нагретых частей тела к менее нагретым частям тела путём хаотического движения частиц тела (атомов, молекул, электронов и т. п) [5]. Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества.

Теплопроводностью называется также количественная характеристика способности тела проводить тепло. В сравнении тепловых цепей с электрическими это аналог проводимости.

Количественно способность вещества проводить тепло характеризуется коэффициентом теплопроводности. Эта характеристика равна количеству теплоты, проходящему через однородный образец материала единичной длины и единичной площади за единицу времени при единичной разнице температур (1 К). В Международной системе единиц (СИ) единицей измерения коэффициента теплопроводности является Вт/(м·K).

Исторически считалось, что передача тепловой энергии связана с перетеканием гипотетического теплорода от одного тела к другому. Однако с развитием молекулярно-кинетической теории явление теплопроводности получило своё объяснение на основе взаимодействия частиц вещества. Молекулы в более нагретых частях тела движутся быстрее и передают энергию посредством столкновений медленным частицам в более холодных частях тела.

1.5. Температура.

Температура — физическая величина, характеризующая термодинамическую систему и количественно выражающая интуитивное понятие о различной степени нагретости тел [6].

Живые существа способны воспринимать ощущения тепла и холода непосредственно, с помощью органов чувств. Однако точное определение температуры требует, чтобы температура измерялась объективно, с помощью приборов. Такие приборы называются термометрами и измеряют так называемую эмпирическую температуру. В эмпирической шкале температур устанавливаются две реперные точки и число делений между ними — так были введены используемые ныне шкалы Цельсия, Фаренгейта и другие. Измеряемая в кельвинах абсолютная температура вводится по одной реперной точке с учётом того, что в природе существует минимальное предельное значение температуры — абсолютный нуль. Верхнее значение температуры ограничено планковской температурой.

Если система находится в тепловом равновесии, то температура всех её частей одинакова. В противном случае в системе происходит передача энергии от более нагретых частей системы к менее нагретым, приводящая к выравниванию температур в системе, и говорят о распределении температуры в системе или скалярном поле температур. В термодинамике температура — интенсивная термодинамическая величина.

Наряду с термодинамическим, в других разделах физики могут вводиться и другие определения температуры. В молекулярно-кинетической теории показывается, что температура пропорциональна средней кинетической энергии частиц системы. Температура определяет распределение частиц системы по уровням энергии (см. Статистика Максвелла — Больцмана), распределение частиц по скоростям (см. Распределение Максвелла), степень ионизации вещества (см. Уравнение Саха), спектральную плотность излучения (см. Формула Планка), полную объёмную плотность излучения (см. Закон Стефана — Больцмана) и т. д. Температуру, входящую в качестве параметра в распределение Больцмана, часто называют температурой возбуждения, в распределение Максвелла — кинетической температурой, в формуле Саха — ионизационной температурой, в законе Стефана — Больцмана — радиационной температурой. Для системы, находящейся в термодинамическом равновесии, все эти параметры равны друг другу, и их называют просто температурой системы.

1.6. Энергия.

Энергия — скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения и взаимодействия материи, мерой перехода движения материи из одних форм в другие [7]. Введение понятия энергии удобно тем, что в случае, если физическая система является замкнутой, то её энергия сохраняется в этой системе на протяжении времени, в течение которого система будет являться замкнутой. Это утверждение носит название закона сохранения энергии.

С фундаментальной точки зрения энергия представляет собой один из трёх (наравне с импульсом и моментом импульса) аддитивных интегралов движения (то есть сохраняющихся во времени величин), связанный, согласно теореме Нётер, с однородностью времени, то есть независимостью законов, описывающих движение, от времени.

Слово «энергия» введено Аристотелем в трактате «Физика», однако там оно обозначало деятельность человека.

Кинетическая энергия — энергия механической системы, зависящая от скоростей движения её точек. Часто выделяют кинетическую энергию поступательного и вращательного движения. Единица измерения в СИ — джоуль. Более строго, кинетическая энергия есть разность между полной энергией системы и её энергией покоя; таким образом, кинетическая энергия — часть полной энергии, обусловленная движением.

Потенциальная энергия — скалярная физическая величина, характеризует запас энергии некоего тела (или материальной точки), находящегося в потенциальном силовом поле, который идёт на приобретение (изменение) кинетической энергии тела за счёт работы сил поля. Другое определение: потенциальная энергия — это функция координат, являющаяся слагаемым в лагранжиане системы, и описывающая взаимодействие элементов системы.

Термин «потенциальная энергия» был введён в XIX веке шотландским инженером и физиком Уильямом Ренкином. Потенциальная энергия принимается равной нулю для некоторой конфигурации тел в пространстве, выбор которой определяется удобством дальнейших вычислений. Процесс выбора данной конфигурации называется нормировкой потенциальной энергии.

A2. Современная теория процессов передачи и приёма тепла.

Теплопередача — физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к менее горячему, либо непосредственно (при контакте), или через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого-либо материала [8]. Когда физические тела одной системы находятся при разной температуре, то происходит передача тепловой энергии, или теплопередача от одного тела к другому до наступления термодинамического равновесия. Самопроизвольная передача тепла всегда происходит от более горячего тела к менее горячему, что является следствием второго закона термодинамики.

Всего существует три простых (элементарных) механизма передачи тепла: теплопроводность, конвекция, тепловое излучение.

Существуют также различные виды сложного переноса тепла, которые являются сочетанием элементарных видов, основные из них:теплоотдача (конвективный теплообмен между потоками жидкости или газа и поверхностью твёрдого тела), теплопередача (теплообмен от горячей среды [жидкость, газ или твердое тело] к холодной через разделяющую их стенку), конвективно-лучистый перенос тепла (совместный перенос тепла излучением и конвекцией), термомагнитная конвекция.

Внутренние источники теплоты — понятие теории теплопередачи, которое описывает процесс производства (реже поглощения) тепловой энергии внутри материальных тел без какого-либо подвода или переноса тепловой энергии извне. К внутренним источникам теплоты относятся: тепловыделение при работе электрического тока, тепловыделение при ядерных реакциях, тепловыделение при химических реакциях.

Теплопередача – это учение о процессах переноса теплоты [1]. Самопроизвольный процесс переноса теплоты в пространстве с неоднородным полем температуры называют теплообменом.

Существует три вида теплообмена: теплопроводность, конвективный теплообмен и теплообмен излучением.

Теплопроводность – это перенос теплоты в среде посредством хаотического (теплового) движения макрочастиц (молекул, атомов).

Конвективный теплообмен - это перенос теплоты, осуществляемый движущимися макроскопическими элементами среды с одновременной теплопроводностью.

Теплообмен излучением – перенос теплоты посредством электромагнитного поля.

Большое практическое значение имеет конвективный теплообмен между движущейся жидкостью и поверхностью ее раздела с другой стороны. Например, конвективный теплообмен между жидкостью и поверхностью твердого тела, между газом и поверхностью капельной жидкости.

Различают два вида конвекции (т. е. движения жидкости) – свободную и вынужденную.

При свободной конвекции движущая сила обусловлена разностью плотностей жидкости в месте его контакта с поверхностью тела, имеющей другую температуру, и вдали от этой поверхности. Из-за разности плотностей возникают подъемные (архимедовы) силы.

Такая конвекция происходит, например, в сосуде с жидкостью, в которую погружена нагревательная спираль. Вынужденная конвекция происходит под действием внешней движущей силы. При этом жидкость обтекает поверхность, имеющую более высокую или более низкую температуру, чем температура самой жидкости. Скорость движения жидкости при вынужденной конвекции больше, чем при свободной, поэтому при заданном перепаде температур может быть передано больше теплоты. Возрастание теплового потока связано с необходимостью рас хода энергии, затраченной для приведения жидкости в движение.

Совокупность двух или трех видов теплообмена называют сложным теплообменом.

Изучение закономерностей сложного теплообмена представляет собой довольно трудную задачу. Поэтому каждый из трех видов теплообмена изучают отдельно, после чего становится возможным вести расчеты, относящиеся к сложному теплообмену.

Теплопередача — наука, изучающая процессы распространения теплоты в пространстве и передачи ее от одних тел другим [9]. Перенос теплоты от одного тела другому или теплообмен между частями одного и того же тела происходят только при наличии разности температур. В процессе теплового воздействия одного тела на другое теплота в соответствии со вторым законом термодинамики самопроизвольно переходит от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. При отсутствии разности температур процесс теплопереноса прекращается, и наступает тепловое равновесие тел.

Различают три способа распространения теплоты в природе — теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение {радиацию), и два вида теплообмена между телами — конвективный и лучистый.

Процесс распространения теплоты теплопроводностью является молекулярным и происходит при непосредственном соприкосновении тел или частиц тел с различной температурой. В результате соударения частиц вещества (молекул, атомов и свободных электронов) происходит обмен энергией их теплового движения: интенсивность движения частиц тела, обладающих меньшей внутренней кинетической энергией, увеличивается, а интенсивность движения частиц тела, обладающих большей внутренней кинетической энергией, уменьшается.

Механизм распространения теплоты теплопроводностью зависит от физических свойств тела: в газообразных телах перенос теплоты теплопроводностью происходит в результате соударения молекул между собой; в металлах — путем диффузии свободных электронов; в капельных жидкостях и твердых телах — путем упругих волн (упругие колебания кристаллической решетки).

Конвекцией называется процесс распространения теплоты путем перемещения жидкости или газа в пространстве из области с одной температурой в область с другой. Конвекция в отличие от распространения теплоты теплопроводностью может происходить только в жидкостях и газах и обусловливается перемещением самой среды. Конвекция всегда сопровождается теплопроводностью, поскольку при перемещении жидкости или газа отдельные части тела, имеющие разные температуры, всегда соприкасаются.

Одновременное распространение теплоты конвекцией и теплопроводностью носит название конвективного теплообмена.

Различают естественную (свободную) и искусственную (вынужденную) конвекцию. Причиной перемещения жидкости или газа из одной части пространства в другую может быть различие плотностей отдельных частей жидкости или газа из-за их неравномерного нагрева. Более легкие объемы жидкости или газа будут подниматься вверх, а на их место будут опускаться более холодные объемы, обладающие большей плотностью. В этом случае характер движения и теплообмена определяется только условиями нагрева (температурным полем). Такое движение жидкости или газа называется свободным, а теплообмен — конвективным теплообменом в свободном потоке.

В том случае, когда движение жидкости или газа вызвано искусственно (вентилятором, насосом, компрессором и т.д.) и не связано с тепловым воздействием, такое движение жидкости или газа называется вынужденным, а теплообмен — конвективным теплообменом в вынужденном потоке.

Тепловое излучение {радиация, лучистый перенос теплоты) — это излучение, возникающее в результате возбуждения частиц вещества (атомов, молекул, ионов и пр.) и распространяющееся в пространстве электромагнитными волнами. Скорость распространения электромагнитных волн в свободном пространстве (в вакууме) составляет 300 000 км/с.

При лучистом теплообмене происходит двойное превращение энергии. Внутренняя энергия излучающего тела сначала переходит в лучистую, т.е. в энергию, переносимую излучением, а затем лучистая энергия распространяется в пространстве, пока не встретит непрозрачное тело, которое полностью или частично поглотит эту лучистую энергию. При этом происходит преобразование лучистой энергии во внутреннюю энергию поглощающего тела.

Передача теплоты теплопроводностью и конвекцией происходит только в вещественной среде (в твердых телах, жидкостях, газах), в то время как перенос теплоты излучением может происходить в вакууме, т.е. без участия среды.

Необходимо отметить, что в реальных условиях весьма редко какой- либо из указанных способов распространения теплоты и видов теплообмена встречается изолированно. Так, например, в топочном пространстве котельного агрегата теплота передается от продуктов сгорания топлива к наружным стенкам кипятильных труб конвективным и лучистым теплообменом. Через стенки труб теплота передается теплопроводностью, а затем происходит процесс теплообмена между внутренними стенками труб и кипящей водой или паром. Совокупность этих видов теплообмена называется сложным теплообменом.

В различных машинах и аппаратах передача теплоты от одной движущейся жидкости к другой осуществляется через разделяющую их твердую стенку. Такой процесс переноса теплоты называется теплопередачей.

A3. Несостоятельность представлений и теоретических взглядов о тепловых процессах.

Тепловых теорий в истории человечества было предостаточно [10]. Теория флогистона Георга Шталя, причём флогистон претерпевал изменения от угля до водорода. Теория теплорода Антуана де Лавуазье, согласно которой теплота - это некий магматический газ. Механистическая теория теплоты, нашедшая своё развитие в молекулярно-кинетической теории, согласно которой теплота - это механические колебания атомов и молекул в твёрдых телах и жидкостях, и - поступательное и вращательные движения газовых молекул - в газах.

Современные официальные представления о том, чем является теплота, до сих пор соответствуют взглядам XVIII - XIX века, то есть взглядам механистической теории теплоты. Несмотря на то, что даже в школьных учебниках пишут, что теплота может передаваться путём теплообмена, конвекцией и излучением, несмотря на то, что все 100% солнечной энергии, на использовании которой, в конечном счёте, и держится вся человеческая цивилизация, передаются на Землю в виде инфракрасного, светового, ультрафиолетового и рентгеновского электромагнитного излучения, этот факт не нашел никакого отклика ни в физической кинетике, ни в современной статистической физике.

Одна из первых теорий распространения пламени была предложена Мал-ларом и Ле-Шателье еще в 1883 г. [11]. Она основана ва следующих представлениях. В предпламенной зоне не протекают какие-либо химические процессы, идет только нагревание прилегающих к пламени слоев свежей смеси вследствие передачи тепла теплопроводностью из зоны реакций (из светящейся зоны). Данные представления предполагают, что скорость распространения пламени определяется чисто физическими закономерностями — скоростью передачи тепла свежей смеси или температуропроводностью смеси. Теории распространения пламени, в основе которых лежит представление об определяющей влиянии скорости теплопередачи, получили название тепловых. После Малла-ра и Ле-Шателье предлагалось большое число различных вариантов тепловой теории, однако основные допущения и модель рассматриваемого процесса в этих теориях не претерпели существенных изменений.

A4. Альтернативные взгляды на тепловые процессы и состояния в физических объектах.

4.1. Теплота.

Излучение и поглощение энергии атомом – универсальное назначение электронов. Теплота и свет имеют общую природу с излучением энергии. В распространении электромагнитных волн особое место занимают свет и теплота. В природе понятия «теплота» и «свет» отсутствуют. Свет и теплота – категории не физические, а физиологические.

Свет – видимая часть спектра электромагнитных колебаний, которые способны ощутить только те представители фауны, которые имеют глаза. Свет – абстрактное понятие для человека, который потерял зрение.

Теплота – часть спектра электромагнитных колебаний в инфракрасном диапазоне. Теплота – свойство органов осязания представителей фауны и флоры. Теплота – уровень потенциальной энергии тела, который определяется положением орбит электронов над ядром атомов. Мерой потенциального состояния тела служит температура, введённая человеком для оценки внутренней энергии тела.

Теплота – понятие относительное. Всегда тёплым будет тело, которое излучает энергию в окружающую среду, и, наоборот, холодным, которое поглощает энергию. Таким образом, теплота – состояние, в котором тело излучает энергию. Свет и теплота не нуждаются в отдельных теориях – это излучение энергии посредством электромагнитных волн [12].

4.2. Нагревание и охлаждение.

Для понимания вопроса стабильности вещества надо определиться с условиями. Важна не только температура при остывании расплава, но ещё внешнее давление и гравитационное поле Земли. Наиболее точно ответить на вопрос стабильности стекла могут однокомпонентные стёкла, когда нет иных компонентов, маскирующих истину.

Стабильным в естественных условиях можно считать вещество, которое при нагревании или охлаждении возвращается в первоначальное состояние. Если нагревать кристаллический кварц до расплавления, образуется расплав, который затвердевает в виде кварцевого стекла. Возвратить кварцевое стекло в кристаллическое состояние невозможно. Та же картина с борным и фосфорным ангидридами, боратные и фосфатные стёкла вообще не кристаллизуются.

Из этого следует, что при естественных условиях любой расплав при охлаждении всегда переходит в энергетически выгодное состояние с наименьшей потенциальной энергией системы. При этом структуру твёрдого тела характеризует не плотность упаковки атомов [30], а межатомные силы, которые создают устойчивую оптимальную атомную структуру [31].

Стекло уже в расплаве стекло. В расплаве стёкол имеется целый ряд установившихся жёстких химических связей. В расплаве кристалла все связи разорваны, и изменения температуры выше температуры ликвидуса изменяет только внутреннюю энергию системы атомов. Изменение же температуры расплава стекла приводит к значительному изменению вязкости за счёт разрыва или восстановления химических связей.

Неупорядоченность структуры стёкол приводит к существованию в стекле непрерывно набора связей по силе и монотонному изменении свойств. В стекле существует дискретный спектр связей по их силе. При этом, связи не обязательно должны быть идентичными по структуре, а только по силе связи (в т.ч. и по структуре). Тогда при охлаждении расплава восстанавливается химические связи определённой силы. Это восстановление связей аналогично кристаллообразованию при охлаждении расплава [23].

Температура твёрдого тела складывается из температуры его атомов (ионов). Рассмотрим отдельно взятый атом с одним электроном – атом водорода. Если к этому атому подводить тепло, нет сил, в результате действия которых атом начнёт совершать тепловые колебания, то есть изменять своё местонахождение. Но атом отреагирует на подвод к нему внешней энергии: электрон в атоме возбудится и перейдёт из основного уровня при комнатной температуре с наименьшей энергией на более высокий энергетический уровень. При дальнейшем подводе тепла повторится такой переход, и электрон перейдёт на ещё более высокий уровень. При охлаждении атома идёт обратный процесс.

Таким образом, нагревание тела – процесс, при котором электроны составляющих его атомов или ионов из всех атомных оболочек устойчивого состояния, соответствующего минимально возможному значению его энергии, переходят на более высокие атомные уровни.

Температура тела определяется состоянием атомных уровней атомов или ионов, входящих в его структуру. Или, что идентично, чем более высокие атомные уровни занимают электроны в атомах (ионах) тела, тем выше его температура.

При переходе электронов на более высокие уровни увеличиваются геометрические размеры атомов, что приводит к уменьшению силы химических связей между всеми структурными элементами тела и отдалению их друг от друга. При нагревании любых тел расстояния между центрами атомов увеличивается, а ослабление химических связей приводит к снижению механической прочности нагретых твёрдых тел (например: ковка металлов). Хотя расстояние между центрами атомов при нагревании увеличивается, но при этом расстояния между атомами уменьшается. Такое предположение хорошо согласуется с повышение электросопротивления металлов с увеличением их температуры.

Таким образом, при нагревании твёрдых тел увеличиваются геометрические размеры атомов, и в связи с ослаблением химических связей растёт расстояние между центрами соседних атомов (ионов), что приводит к их тепловому расширению [12].

4.3. Теплопроводность.

Если температура всех тел в замкнутом пространстве равна, не происходит процессов излучения и поглощения энергии между ними. Это означает, что электроны на орбитах атомов не излучают. Но только стоит появиться нагретому телу, например, включить электрическую лампочку или утюг, немедленно возникает разность потенциалов состояния и появляется тепловой поток. Неукоснительное свойство физических объектов – выравнивание потенциалов состояния. Горячее тело излучает энергию, окружающая среда поглощает её. Передача энергии от одного физического объекта другому осуществляется единственным универсальным способом – через электромагнитные волны.

Что же происходит с телами, окружающими источник энергии и самим источником? За счёт подведённой энергии электроны источника излучения работают как генераторы излучения, а электроны тел окружающей среды – как приёмники излучения. Процесс теплопередачи идёт до тех пор, пока есть разность потенциалов состояния, то есть до выравнивания температур.

Физические объекты излучают и поглощают энергию только поверхностью. Излучение и поглощение энергии возможно на границе раздела между телами или внутри тела между соседними атомами при наличии градиента температур. Чем больше поверхность излучающего или поглощающего тела, тем интенсивнее идёт процесс.

Какова физика процессов передачи энергии в массивных телах? Процесс излучения энергии складывается из процессов излучения и поглощения энергии между соседними слоями атомов и теле. Электроны служат только трансляторами энергии. При излучении энергии электроны наружного слоя тела при вращении вокруг собственной оси на первой полуволне излучают электромагнитные волны, а на второй полуволне поглощают энергию от электронов рядом лежащего атома, чтобы на следующей полуволне снова излучить её. Излучение и поглощение энергии происходит на границе двух атомных слоёв физического тела, имеющих различные потенциалы состояния, т.е. при наличии разности потенциалов или, что равносильно, разности температур. Так, за слоем слой, продолжается процесс излучения горячего тела через акты излучения – поглощения до выравнивания потенциалов состояния. По мере остывания тела уменьшается мощность излучаемой энергии и изменяется спектр волн электромагнитных колебаний.

Таким же образом происходит поглощение энергии, только в этом случае часть энергии идёт на выравнивание потенциалов состояния. Каждый электрон тела периодически поглощает и излучает энергию. Иначе не прогреется весь объём нагреваемого тела. Когда от источника тепла нагревается первый слой атомов, он начинает излучать энергию второму слою и т.д. Таким образом, за слоем слой тело прогревается, пока имеется источник нагревания. Волновой состав поглощённой и излученной энергии идентичен. Внутренняя энергия атома изменяется аналогово [12].

4.4. Температура.

Температура каждого тела складывается из температуры его атомов. Рассмотрим отдельно взятый атом с одним электроном – атом водорода. Если к этому атому подводить тепло, нет сил, в результате действия которых атом начнёт совершать тепловые колебания, то есть изменять своё местонахождение. Но атом отреагирует на подвод к нему внешней энергии: электрон в атоме возбудится и перейдёт из основного уровня при комнатной температуре с наименьшей энергией на более высокий энергетический уровень. При дальнейшем подводе тепла повторится такой переход, и электрон перейдёт на ещё более высокий уровень. При охлаждении атома идёт обратный процесс.

Таким образом, нагревание тела – процесс, при котором электроны составляющих его атомов из всех атомных оболочек устойчивого состояния, соответствующего минимально возможному значению его энергии, переходят на более высокие атомные орбитали.

Температура тела определяется состоянием атомных орбиталей атомов, входящих в его структуру. Или, что то же, чем более высокие атомные орбитали занимают электроны в атомах тела, тем выше его температура [13].

4.5. Энергия.

Существуют два вида энергии: в состоянии покоя и в движении – потенциальная энергия и кинетическая энергия. Потенциальная энергия физического объекта – его внутренняя энергия, уровень потенциальной энергии определяется высотой электронов над ядром. Кинетическая энергия – энергия в движении в виде электромагнитных волн как средство передачи энергии от одного физического объекта к другому. Кинетическая энергия атомов – электромагнитные волны, которые могут преобразовываться в другие виды энергии: теплоту, свет, радиоволны, электричество и др. Электромагнитные волны возникают только при разности потенциалов состояния между физическими объектами. Внутренняя энергия физических объектов спонтанно переходит от горячего тела к холодному посредством излучения энергии.

Энергия присуща каждому физическому телу (объекту). Подпитка внутренней энергии физических объектов происходит за счёт внешних источников: солнечной энергии, тепловой энергии сжигания топлива или внутренней энергии других тел. Внешние источники пополнения тел энергией могут быть временными (сжигание топлива, пища для фауны) или постоянными (энергия Солнца, питание для флоры). При разности потенциалов потенциальная энергия объекта превращается в кинетическую и через электромагнитное излучение переходит к объекту с меньшей потенциальной энергией. Таким образом, энергия может быть в покое (потенциальная энергия) и в движении (кинетическая энергия).

Электромагнитная волна – способ передачи потенциальной энергии путём превращения её в кинетическую от одного атома другому, имеющему меньшую потенциальную энергию, посредством колебательного контура электронов. Электрон формирует и излучает электромагнитные волны. Поглощающий электрон своим колебательным контуром принимает электромагнитные волны, часть кинетической энергии превращает в свою потенциальную, остальную энергию передаёт дальше соседнему атому при наличии разности потенциалов состояния. Единственным средством передачи энергии тепловой, световой, ультрафиолетового излучения, электрического тока и, тем более, радиоволн, является электромагнитные волны [12].

A5. Теория передачи и приёма энергии физическими телами.

Излучение и поглощение энергии – процессы взаимосвязанные. В случае появления разности потенциалов состояния синхронно изменяется мощность вращающего электромагнитного поля ядра: при получении энергии радиус силовых линий увеличивается, электроны ускоряются, их кинетическая энергия переходит в потенциальную. Электроны работают как резонаторы – получают электромагнитные колебания и повышают свою потенциальную энергию. Процесс поглощения и излучения энергии – единый процесс. Каждый электрон атома при наличии разности потенциалов после поглощения энергии излучает её. Из-за разности потенциалов состояния потенциальная энергия электронов переходит в кинетическую энергию путём электромагнитного излучения, поглощается электронами с меньшей потенциальной энергией и превращается в потенциальную энергию.

Механической моделью процесса передачи энергии может быть переброска сыпучего материала на другое место лопатой: нагнулся, зачерпнул, распрямился, бросил, нагнулся и т.д.

Функция электронов – принимать или излучать электромагнитные волны. В электроне длится непрерывный процесс получения и передачи энергии. При излучении энергии на каждом обороте электрона вокруг собственной оси образуется полная волна: одна полуволна – получение энергии резонатором электрона, вторая полуволна – передача энергии осциллятором электрона. При поглощении энергии идёт противоположный процесс. Резонатор и осциллятор электрона является одним и тем же колебательным контуром. Вращение электрона в режиме получения и передачи энергии как раз и определяет волновую сущность процесса передачи энергии и описывается синусоидой.

Ядро атома и электроны имеют одну и ту же угловую скорость. На каждом обороте ядра вокруг оси изменяется мощность его вращающего электромагнитного поля: удаление силовых линий от ядра при поглощении энергии и приближение силовых линий к ядру при излучении энергии. При поглощении энергии электрон ускоряется в связи с постепенным переходом на орбиту большего радиуса и его потенциальная энергия увеличивается. Ядро атома образует вращающее поле таким образом, что каждому протону соответствуют свои силовые линии электромагнитного поля. По самой интенсивной, генеральной силовой линии и движется электрон. При излучении энергии электрон замедляется и постепенно переходит на более низкую орбиту, а его потенциальная энергия его уменьшается. Такой цикл электрон совершает за один оборот вокруг собственной оси. Процессы поглощения и излучения энергии состоят из импульсов полуволн, то есть имеют дискретный характер. Направление передачи энергии всегда единое: от тела с большей температурой к телу с меньшей температурой, или, что равносильно, от атомов с большей потенциальной энергией к атомам с меньшей потенциальной энергией.

Генератором и приёмником излучения является электрон. Где бы ни был электрон: на Солнце или на Земле, в золоте или навозе – колебательный контур его универсален. Все электроны вселенной универсальны – имеют одинаковую частоту колебаний контура, который работает как генератор электромагнитных волн или как их приёмник, чередуя эти действия.

Каждый электрон половину оборота вокруг оси поглощает (излучает) энергию, а вторую половин оборота излучает (поглощает) её. Передача энергии от одного электрона другому осуществляется дискретно – полуволнами. Полуволна энергии, которая излучается электроном, состоит из электромагнитных волн всех диапазонов, которые соответствуют химическому составу и температуре излучающего объекта. Такая же вторая полуволна энергии поглощается другим электроном.

Электроны горячего тела излучают не конкретную электромагнитную волну, а импульсы энергии, в который входят все волны излучающего объекта, состав которых определяется температурой излучения и химическим составом. Если частота электромагнитных волн излучения больше частоты вращения атома вокруг собственной оси, в импульс полуволны энергии входит количество излучаемых волн, равное соотношению частоты волны и частоты вращения атома вокруг оси. Если частота передаваемой волны меньше частоты вращения атома вокруг оси, волна передаётся дискретными отрезками. Так как дискретные отрезки волны передаются разными электронами со сдвигом во времени, поглощаемая волна воспринимается как непрерывная.

Теоретическая физика не может ответить на вопрос: почему электрон не излучает? А может ли в электрической цепи течь ток, если нет разности потенциалов? Так и в электроне атома: если нет разности потенциалов состояния физических тел, т.е. тела находятся при одинаковой температуре, электрон излучать не будет. Также электрон не излучает на полуволне поглощения.

Тело излучает кинетическую энергию посредством колебательного контура электронов на границе сред. Тело с большей потенциальной энергией электронов отдаёт энергию другому телу, пока их температуры не выровняются. Таким образом, при ускорении электрон не излучает энергии, а расходует её на ускорение для того, чтобы следуя за полем, подняться в течение полуоборота атома на более высокую орбиту и приобрести потенциальную энергию. На втором полуобороте электрон излучает энергию.

При охлаждении тела идёт обратный процесс: электроны замедляются и излучают потенциальную энергию, превращая её в кинетическую. Дальность распространения электромагнитных волн определяется мощностью излучения.

С ростом температуры при переходе электронов на более высокие орбиты вслед за электромагнитным полем, при равной круговой скорости электроны, находящиеся на более высоких орбитах будут иметь большую скорость и, соответственно, кинетическую энергию. Орбиты электронов располагаются на таких расстояниях от ядра, чтобы обеспечивать стабильно устойчивое состояние атома. Орбиты атома – плавающие. Атом, переходя в иные условия, реагирует на них: происходят изменения в ядре и в положении электронов. Ядро, приобретая дополнительную энергию, увеличивает мощность электромагнитного поля, его силовые линии удаляются от ядра. Все электроны атома, поглощая энергию, по спиральной орбите следуют за полем согласованно все сразу. Потенциальная энергия атома изменяется аналогово. Абсолютные скорости электронов возрастают. с ростом температуры увеличиваются геометрические размеры атома.

Во время получения атомом внешней энергии никаких переходов (перескоков) электронов на другую орбиту нет. Все электроны атома постоянно находятся на своих орбитах, так же, как и небесные тела. Все ядра атомов любого физического тела имеют одинаковую скорость вращения вокруг собственной оси и, соответственно, равную угловую скорость вращающего электромагнитного поля. Это равносильно равенству угловых скоростей электронов. Благодаря равенству угловых скоростей колебательный контур электронов настроен на одну всеобщую частоту, что обеспечивает возможность передачи – приёма энергии. Электрон не может аккумулировать энергию: получил и немедленно должен отдать. Часть энергии расходуется на выравнивание потенциальной энергии с соседним электроном. Выравнивание температуры между горячим и холодным телами длится до тех пор, пока не наступит динамического равновесия. Электроны ранее горячего тела, теряя скорость, перестают излучать. Физической моделью передачи энергии от тела к телу могут быть сообщающиеся сосуды.

Непреложным фактом является процесс получения Землёй энергии Солнца. Но, если электромагнитное излучение Солнца доходит до Земли и нагревает все физические объекты, значит, в космосе и на Земле есть среда, в которой способны распространяться электромагнитные волны. Можно возражать против наличия такого физического поля, если рассматривать процесс поглощения – излучения в условиях воздушного пространства. Но, излучение Солнца неопровержимо доказывает, что такое всеобъемлющее физическое поле существует. Физическая среда – необходимое условие для распространения электромагнитных волн.

Из житейского опыта известно, что солнечные лучи способны нагревать абсолютно все материалы. Этот факт свидетельствует, что механизм поглощения энергии у всех физических объектов универсальный, способный аккумулировать солнечную энергию, превращая её в потенциальную энергию электронов. Атомы всех тел имеют идентичные устройства передачи и приёма энергии. Электроны имеют одинаковый колебательный контур, который способен работать в режиме осциллятора или резонатора.

Такой объект, как Солнце, имея восполняемое внутреннее тепло, постоянно генерируют через электроны электромагнитные волны энергии. Электроны атомов, которые находятся на поверхности Солнца, излучают непрерывный мощный поток электромагнитных волн. Разница температур Земли и Солнца огромная, поэтому поток энергии имеет большую мощность. Электромагнитные волны Солнца достигают Земли. Более слабые генераторы – электроны в телах, имеющих низкую температуру. Если сравнивать свечу, стекловаренную или мартеновскую печь, ядерный взрыв, мощности их электромагнитного излучения будут разительно отличаться и распространяться на различные расстояния.

Любая теория, по которой в микромире осуществляется массоперенос на расстояние, не соответствует истине. Массоперенос возможен в макромире, когда ветер поднимает пыль или двигает барханы в пустыне. Если рассуждать о стакане горячего чая, который остывает, теплота – это волна или корпускула, такая дискуссия вполне уместна. Но, если речь идёт об излучении Солнца, совершенно ясно, что фотоны, входя в плотные слои атмосферы, сгорят мгновенно, как сгорают микрометеориты (подающие звёзды) или обломки космических кораблей.

Тепло или холодно при какой-нибудь температуре, зависит от физиологии представителей фауны. Белым медведям тепло во льдах Северного ледовитого океана, пингвинам – во льдах Антарктиды. Неорганической природе всё равно, какая температура окружающей среды. Теплота – состояние тела, в котором электроны атомов имеют большую потенциальную энергию, чем потенциальная энергия электронов в атомах окружающей среды. Если тёплое тело поместить в более тёплую среду, оно окажется холодным. Нагревание увеличивает потенциальную энергию тела, охлаждение уменьшает её до тех пор, пока разность потенциалов состояния будет равна нулю.

Теплота тела определяется не хаотическим тепловым движением частиц в нём. Теплота – понятие относительное. Всегда тёплым будет тело, которое излучает энергию в окружающую среду, и, наоборот, холодным, которое поглощает энергию. Таким образом, теплота, это не скорость беспорядочного теплового движения частиц физического объекта, а состояние, в котором тело излучает энергию [14].

Теплота – это излучение энергии посредством электромагнитных волн.

A6. Общие выводы.

1. На основе тории строения атома разработана теория поглощения и излучения энергии, передача энергии в массивном теле, излучение и поглощение энергии между телами, излучение и поглощение солнечной энергии.

2. Передача любого вида энергии осуществляется только электромагнитными волнами.

3. Материальные частицы не могут переносить энергию. Все теории, в которых переносчиками энергии являются материальные частицы – ошибочны.

A7. ССЫЛКИ НА ИСТОЧНИКИ

[1] https://studfile.net/preview/1193644/page:2/

[2] https://ru.wikipedia.org/wiki/Теплота

[3] https://ru.wikipedia.org/wiki/Нагрев

[4] https://ru.wikipedia.org/wiki/Охлаждение

[5] https://ru.wikipedia.org/wiki/Теплопроводность

[6] https://ru.wikipedia.org/wiki/Температура

[7] https://ru.wikipedia.org/wiki/Энергия

[8] https://ru.wikipedia.org/wiki/Теплопередача

[9] https://studme.org/295379/tehnika/teoriya_teploobmena

[10] https://ru.wikibooks.org/wiki/Теория_теплоты

[11] https://www.chem21.info/info/951621/

[12] А. И. Болутенко. http://ngipoteza.narod.ru/phys3.htm

[13] А. И. Болутенко. http://ngipoteza.narod.ru/glass11.htm

[14] А. И. Болутенко. http://ngipoteza.narod.ru/phys2.htm

25.09.2020