Відкриття у сфері молекулярної фізики.

Тут я наводжу свою ідею, яка претендує на відкриття. У всякому разі, ніде я не зустрічав навіть натяку на неї. Ідея відноситься до явища випаровування, а саме, відкриває абсолютно новий чинник в якості головної причини охолодження рідини в процесі її випаровування. Класичне пояснення таке: з рідини вилітають лише найбільш швидкі молекули, ті, які здатні подолати сили міжмолекулярної тяжіння. В результаті зменшується Середня швидкість залишилися молекул. Отже, знижується температура тіла, що знаходиться в залежності від швидкості.

Але якщо трохи уважніше придивитися до процесу випаровування, то видно ще один, більш важливий, якщо не основний, фактор охолодження. Про це явище (факторі) не написано ні в одному посібнику з фізики. З класичної теорії випливає логічний висновок про те, що випаровується молекула не применшує майже до нуля свою швидкість і швидкість виштовхнули її молекули. А це не вірно.

У поверхневих шарах рідини молекули розташовані на великих відстанях, ніж в глибоких шарах. Це викликає явище поверхневого натягу.

Поверхня рідини

Молекула 1 V1

V2

Молекула 2

V3

Молекула 3

Рис. 1.

Найвірогіднішим для випаровування-виштовхування молекули 1 (див. Рис. 1) є її зіткнення з молекулою 2, яка лежить разом з молекулою 1 на перпендикуляре до поверхні рідини і має мінімальну тангенціальну складову швидкості. Після зіткнення на відстані, більшій двох радіусів молекули, сили взаємного відштовхування змінюються зростаючими силами взаємного тяжіння. Ці сили зменшують майже до нуля швидкість і температуру за шкалою Кельвіна не тільки вилетіла молекули 1, але і тієї молекули 2, яка залишилася в рідині. Молекула 2 не встигає передати свою кінетичну енергію сусідній молекулі 3: її «зупиняє» испаряющаяся молекула 1. Вірогідні випадки одночасного тяжіння молекули 1 молекулою пара. У цьому випадку молекула 1 може мати лише середню швидкість. Але в кінцевій фазі виходу молекули 1, молекула 2 знизить свою швидкість і температуру за абсолютною шкалою Кельвіна майже до нуля. Вірогідні ще й удари сусідніх з молекулою 2 бічних молекул, що зменшують ефект уповільнення, «рятують» кінетичну енергію молекули 2. Але в цілому ефект майже повного гальмування повинен бути значний тому, що відстані між молекулами в поверхневих шарах рідини досить великі. Про те, що сили взаємного тяжіння співставні з силами інерції испаряющихся молекул, говорить явище поверхневого натягу, завдяки якому основна частина молекул поверхневого шару рідини утримується всередині неї до моменту равновероятного для всіх молекул більш сильного виштовхуючого зіткнення з молекулою 2. Отже, що випаровується молекула 1 зменшує свою швидкість і швидкість молекули 2 майже до нуля.

Явище випаровування доводиться враховувати у всіх науках, що вивчають матеріальний світ. Наведене вище нове пояснення причини охолодження рідини в процесі її випаровування повинно внести корисні уточнення в усі розрахунки, в яких необхідно враховувати цей ефект.

Своєю ідеєю я спростовую класичну теорію випаровування, а саме:

1. «Швидкість испарившейся з рідини молекули вище середньої». Більше 15 років відсилаю свою ідею в різні наукові організації -без відповіді. З тим же успіхом писав В. В. Путіну і Д. А. Медведєва з проханням переслати її для аналізу в компетентну наукову організацію. З цього я зробив висновок: спростувати нічим, а підтвердити - ризик для кар`єри вченого. 28 квітня цього року я познайомив зі своєю ідеєю кандидата технічних наук, спеціаліста з молекулярної фізики. На перше моє запитання: «Яка швидкість испарившейся молекули?», Він відповів: «Дуже висока, вище середньої». Після знайомства з моєю ідеєю, він знизив цю швидкість: «Так, можливо, деякі молекули сповільнюються. Але в рідині молекул дуже багато, відповідно, дуже багато можливостей розігнати випаровується молекулу до високої швидкості ». Я заперечив на це: «Для того, щоб розігнати до швидкості вище середньої випарувалася молекулу« 1 », потрібно випаровується молекулу« 1 »розігнати до швидкості, більшої, ніж середня, більш, ніж у два рази. А це подія, якщо й можливо, але настільки маловірогідно, що їм слід знехтувати. Молекули - «Мільйонери» по кінетичної енергії повинні бути дуже рідкісні ». Подібно фінансовій піраміді, енергію, яка по ланцюжку причин і наслідків з глибини рідини приходить на прискорення испаряющейся молекули «1» - можна представити у вигляді конуса молекул з вершиною в молекулі «1». Чим глибше шар молекул, тим імовірніше розсіювання цієї гіпотетичної енергії. Саме ймовірне подія - це молекула з середньою швидкістю. Молекули, що мають швидкість, трохи більшу або трохи меншу, ніж середня - теж не рідкість. Швидкість испаряющейся молекули, значно перевищує середню, теоретично повинна б бути викликана складною схемою попередніх зіткнень в глибинних шарах. Але оскільки в глибині всі молекули в рівних умовах і всі напрямки передачі енергії рівноймовірно, то ймовірність налаштування безлічі молекул на один напрямок і на одну молекулу «1» - так само низька, як ймовірність спонтанно отримати в довільному неізольованому ділянці об`єму рідини відмінну від інших ділянок температуру. Найвірогіднішим подією є швидкість испаряющейся молекули, трохи більше середньої (або рівна їй, якщо в кінцевій фазі випаровування молекули «1», коли на вильоті вона збирається повернутися назад: швидкість дорівнює нулю - її притягує молекула пари або повітря. Така подія високо ймовірно під час вітру, але з меншою ймовірністю можливо і при стоячій атмосфері).

2. Логічно припустити, що поверхневий натяг утримує всі молекули, що володіють середньою і більш низькою швидкістю, всередині рідини (за винятком випадків витяжки молекулами пари або повітря, пролітають паралельно поверхні рідини). Тоді потрібно зробити висновок, що найвірогіднішим подією є випаровування молекули, що має швидкість, мінімально перевершуючи середню. Тобто різниця кінетичної енергії молекули «1» і потенційної енергії її тяжіння сусідніми молекуламі- мінімальна. Це означає, що після подолання цієї потенційної енергії, швидкість - і температура по абсолютній шкалі Кельвіна - у вилетіла молекули «1» буде близько нуля. «А куди ж дівається кінетична енергія вилетіла молекули»? Це питання задав мені фахівець з молекулярної фізики. Я відповів (замислювався раніше над цим) - мабуть, переходить в енергію збудження атомів, більш короткохвильову, не сприймається людиною як температура- може бути, частково випромінюється в нетепловом короткохвильовому електромагнітному спектрі.

3. 2.швидкість залишилася в рідині молекули «2» після випаровується молекулу «1» зіткнення не залишається колишньою, як це випливає з класичної теорії, а знижується майже до нуля.

4. Згідно зі схемою мого опонента (він узяв її з підручника), «Поверхневі шари прилягають дуже близько один до одного. Велики лише відстані між молекулами в кожному шарі ». Він це висловив в спростування мого твердження, що молекула «2» рис. «1» не встигає передати свою енергію нижележащей. Але з простих міркувань енергетично стійким має бути положення шарів в «шаховому порядку»: тобто, під (і «над») кожною молекулою 2, 3, 4, 5 шарів повинна знаходитися «дірка». З рис. 1 енергетично більш імовірним є положення молекул «2» і »3» - через шар молекул. Молекула «2» лежить в третьому шарі, молекула «3» - у п`ятому шарі, а молекула «1» - у першому шарі. У цьому випадку молекула «2» після виштовхуючого, випаровується молекулу «1» співудару - пролітає крізь проміжок між молекулами найближчого нижнього четвертого шару до наступного, п`ятого, шару молекул - і їй вистачає відстані для зниження майже до нуля швидкості і температури. Испаряющаяся молекула «1». вповільнюючись майже до нуля сама, встигає уповільнити майже до нуля молекулу «2». Це - високоймовірною подія.

5. У науці досвід і теорія йдуть «рука в руку». Не сумніваюся, що «енергія Гіббса», якої оцінюють розрив атомних і молекулярних зв`язків - точно відображає реальні явища. Але якщо я зміг своєю ідеєю переконати фахівця з молекулярної фізики (він знизив швидкість після нашого диспуту, хоча і не до нуля, але значно нижче середньої) - значить, в теорії охолодження испаряющихся рідин є слабкі місця і прогалини. Мабуть, це пов`язано з тим, що сили молекулярної взаємодії - короткодіючі, а прискорення і уповільнення - короткочасні. Ними нехтують, використовуючи для розрахунків середню швидкість молекули. Це вірно для молекул усередині рідини. Але такий підхід призвів до помилок при вивченні поведінки испаряющихся молекул.

6. Моя ідея усуває цю прогалину. Можливо, більш глибоке уявлення про причини охолодження испаряющихся рідин відкриє нове поле діяльності для винахідників більш ефективних холодильників, портативних кондиціонерів і. т. п.

7. До випуску підручників раніше підходили більш строго. Був один офіційний варіант і все в ньому відповідало думку офіційної науки.

8. Ось підручник 1976, 9 клас, 68 стор .: «Якщо температура постійна, то перетворення рідини в пару не веде до збільшення кінетичної енергії молекул, але супроводжується збільшенням їх потенційної енергії. Адже середня відстань між молекулами газу в багато разів більше, ніж між молекулами рідини. Крім того, збільшення обсягу при переході речовини з рідкого стану в газоподібний,

9.

10. вимагає здійснення роботи проти сил зовнішнього тиску. Тут вказується точний напрям розрахунків: «Кількість теплоти, необхідне для перетворення при постійній температурі 1 кг. рідини в пару, називають питомою теплотою паротворення ». Мабуть, за відсутності зовнішніх теплових джерел, на цю величину падає енергія (і - температура) при випаровуванні кожного кілограма рідини.

11. Але ніде не вказано мій - не рідкий, а високовірогідний варіант: молекула випарувалася, її швидкість і швидкість залишилася в рідині молекули майже обнулились, потенційна енергія їх взаємодії зникла. Куди ж поділася енергія? Це питання мого співрозмовника не тільки і не стільки його, скільки - всієї опрацьованою з моєї вірогідною точки зору фізики. У енергію збудження атома, в електромагнітне випромінювання хіба не може перейти? У довіднику з фізики, за яким я готувався до вступу в політехнічний інститут, (закінчив в 1983 році), намальована та ж схема і дано те ж пояснення, що дав мені недавно фахівець. Але в моєму шкільному підручнику дано докладне пояснення і схема дещо інші: стор. 84. З цього пояснення виходить, що силами взаємодії з молекулами пари можна знехтувати, тому що його щільність в звичайних умовах в багато разів менше щільності рідини. «На молекулу 1 на поверхні рідини діє сила відштовхування з боку молекули 2 і сила тяжіння з боку лежать в глибині молекул 3,4,5, и.т. д. На молекулу 2 діє сила тяжіння з боку лежать в глибині молекул 4, 5, 6, і. т. д. і сила відштовхування з боку молекули 3. Але, крім того, діє ще сила відштовхування з боку молекули 1. В результаті, відстані між молекулами 1 і2 в середньому більше відстані між молекулами 2 і 3 (молекули 1, 2, 3 , 4, 5 і. т. д. - лежать на перпендикуляр до поверхні рідини, а нумерація - як на рис. 1 - зростає углиб). Відстань 2 - 3 більше відстані 3 -4 і. т. д. до тих пір, поки не перестане позначатися близькість молекули до поверхні ». У цьому переконливому докладному доказі вийшло, що відстань між молекулою 1 верхнього «шару» і молекулою 2 під нею - рис. 1 -больше всього. Цього більш, ніж достатньо для гальмування молекули 2 з рис. 1 - до нуля. 404118 р Волзький, 30 м - він, дом40, кВ. 17.