Термодинамические потенциалы
Термодинамические потенциалы: энтропия, внутренняя энергия, энтальпия, изохорно-изотермический … или свободная энергия Гельмгольца, изобарноизотермический… или энергия Гиббса — всё это взаимосвязанные функции целого ряда также взаимосвязанных термодинамических и тепло-физико-химических параметров, характеризующих состояние материи как термодинамической системы (8, с. 94, 245, 581). Перечислим лишь некоторые из этих параметров — объём, давление, температура, энтропия, энтальпия, число частиц системы и др. макроскопические параметры. В новой энергетической концепции потенциал энергии, в любых единицах физических величин, — это параметр т. и. зарядовой асимметрии материи-энергии, относительно которого происходят преобразования двух видов энергии. Усложняя физическое содержание понятия потенциала, добавим, что температура вещества всегда характеризует спектральный состав энергии и соответствующие масштабы энергии, которые необходимо учитывать даже в старой концепции энергии, т. к. значимость и свойства (плотность и температура) сконденсированной энергии на разных частотах различны и подчиняются экспоненциальному распределению Больцмана. В новой концепции энергии понятие потенциала существенно иное: давление, плотность и температура по энергетическому содержанию оказались тождественными понятиями, но только на одной из частот, только в одном из геометрических масштабов. Разные геометрические масштабы энергии характеризуются разными спектрами частот и разными «температурами — плотностями» и пропорциями двух видов энергии, которые в общем случае могут быть разнесены друг от друга по масштабам достаточно далеко. Линейная взаимосвязь температуры и плотности материи-энергии (в одном масштабе) в границах широкого диапазона масштабов становится экспоненциальной, как это и следует из формулы Планка. Разномасштабные кванты энергии, разнесённые по геометрическим масштабам достаточно далеко, за границами наблюдаемости становятся независимыми, приобретая, в сравнении друг с другом, свойства скаляров с разнородными физико-химическими свойствами. Более того, температурная шкала Кельвина оказалась такой же относительной, как и любые другие известные температурные шкалы, и привязана к узкому диапазону геометрических масштабов энергии вещественного мира.
Отметим главное. Работа может быть произведена только при ненулевом значении градиента — разности значений одного из потенциалов. Работа — процесс выравнивания потенциалов, это энергетический процесс, ток энергии и производство энтропии. В терминах: давление, температура и внутренняя энергия вещества, как энергетических параметрах рабочего тела технической системы, скрыты разные диапазоны масштабов энергии, в границах которых перечисленные качества материи проявляются. В них скрыты разные времена релаксации физических свойств и различия в численных значениях тепло-физико-химических параметрах вещества, обусловленные асимметрией в преобразованиях двух видов энергии при прямом и обратном ходе, различной на разных частотах. Таким образом, большее численное значение одного из потенциалов вовсе не означает, что температура по шкале Кельвина в системе будет всегда больше при высоком значении этого потенциала, чем при более низком потенциале, точно так же, как и по шкале Цельсия, поскольку температура — только один из аналогов плотности энергии. Кстати, инженеры, конструирующие и эксплуатирующие лазерные технические системы, вынуждены изначально исходить из наличия отрицательной температуры по шкале Кельвина. В неравновесных состояниях населённости верхнего и нижнего уровней энергии (верхний уровень населён больше нижнего), при которых распределение Больцмана, как условие равновесного состояния (верхний уровень населён меньше нижнего), нарушается, что приводит к генерации и усилению колебаний во всех устройствах квантовой электроники (64, с. 26). Лазерные технические системы работают вопреки второму началу, т. е. «заимствуют» энергию из области пространства с отрицательными температурами по шкале Кельвина. Откуда заимствуют, не из эфира ли? Не преобразуют ли они потенциальную энергию квантового вакуума?
В старой энергетической концепции производство энтропии — процесс «всеобщего выравнивания», в конечном итоге, всех энергетических потенциалов, это «тепловая смерть» вещественного мира. Теоретическая физика так и не смогла убедительно ответить на вопрос, почему до сих пор этого не произошло. Почему в природе постоянно происходит кругооборот энергии и происходит ли? Это противоречит второму началу термодинамики, несмотря на то, что в природе действует «закон неубывания энтропии», такой же неотразимый, как закон сохранения энергии.
В новой энергетической концепции энтропия также производится повсеместно. Это происходит не только за счёт выравнивания потенциалов сконденсированной энергии, но и за счёт повышения численного значения потенциала путём всегда существующей «дополнительной» конденсации энергии квантового вакуума вида Егр.
Именно этим объясняется тот факт, что энергия насыщенного пара после расширения больше, чем до расширения (57 с. 77-78), что, кстати говоря, свидетельствует о действии закона неубывания энтропии. Это не противоречит и новой концепции энергии и имеет следующее объяснение.
В процессе расширения пара в цилиндре паровой машины энтальпия (теплосодержание) отработавшего пара повышается, несмотря на снижение температуры пара, после его расширения, в конце термодинамического цикла. В концепции двух видов энергии исходим из того, что температура любой рабочей среды характеризует только динамически равновесное состояние энергии в системе, но всегда в ограниченном диапазоне времени. В переходных процессах энергия характеризуется производными температуры бесконечно большого ряда их порядков, среди которых производная второго порядка, заурядная среди множества других в новой энергетической концепции, имеет выдающееся антропоморфное значение. Она характеризует ход времени протекания энергетического процесса, а по физическому содержанию характеризует ток смещения — термин, привычный в электродинамике и непривычный в термодинамике. В данном случае ток смещения проявляется в переходном термодинамическом процессе в форме повышения теплосодержания и является параметром конденсации несконденсированной энергии. На этом принципе работает один из теплогенераторов Карпенко, который мы рассмотрели в главе 21.
В теоремах неравновесных термодинамических процессов Онсагера и Приго — жина токи смещения подобного рода названы «термодинамическими силами». При повышении теплосодержания температура рабочего тела, строго говоря, возрастает всегда, по сравнению с гипотетическим случаем полного отсутствия переходного процесса (ток смещения д. б. равен нулю). Поскольку все энергетические процессы нелокальны (разнесены в пространстве и времени), то множество изобретателей использует это фундаментальное свойство энергии, вводя токи смещения в рабочие циклы, повышая тем самым КПД технических систем выше 100%, в традиционном понимании коэффициента.