Квантовая термодинамика, очень просто.

[Карандаш]

В термодинамике определение механизмов зависимостей между приращением тепловой энергии и изменением давления, молярного объёма, температурой являются актуально.

С развитием спектроскопии является актуальным определение механизмов изменения средней энергии электронов в газах, а также определение механизмов формирования общих спектров газов и механизмов эволюционного изменения спектров звезд.

Предлагаю, на основе  уравнений идеальных газов Менделеева-Клайперона и  Пуассона, рассмотреть возможность формирования  новых общих уравнений состояний идеальных газов, учитывающих зависимости между приращением тепловой энергии и изменениями: давления, молярного объема, температуры, средней энергии возбуждения электронов в атомах.

В результате определения этих зависимостей появляются новые возможности анализа термодинамических процессов и новых возможностей анализа формирования общих спектров, эволюционного изменения спектров звезд и т.д.

Возможно, у меня есть принципиальные ошибки, возможно, я в чем-то принципиально не прав, поэтому прошу ВСЕХ, кто способен к КОНСТРУКТИВНОМУ диалогу помочь мне разобраться: ГДЕ я прав, ГДЕ заблуждаюсь, Где остаются полные неопределенности.

[Карандаш]

1. Определение зависимости между приращением молярной тепловой энергии, давлением и молярным объемом.

Рис.1. Изобарно-адиабатический процесс.

В идеальном газе, при изобарном процессе, приращение молярной тепловой энергии сопровождается прямо пропорциональным изменением молярного объема:

при P=constant, Q+∆Q=PV+P∆V

В изобарном процессе, Линейная зависимость изменения молярного объема от изменения количества молярной тепловой энергии позволяет записать, что в изобарном процессе график изобары соответствует уравнению:

при P=const,  Q=PV .    (1)

В адиабатическом процессе зависимость между давлением и молярным объемом соответствует уравнению Пуассона:

PV^γ=const, при  Q_i=const.

При этом нужно учитывать, что для разных адиабат соответствуют разные количества молярной тепловой энергии Q_i, отличающиеся на ∆Q. Следовательно, уравнение Пуассона можно записать в следующем виде:

PV^γ=f(Q_i),   (2).

Из уравнения (2) следует, что при изменении количества молярной тепловой энергии Q_i для определения расположения адиабат необходимо определить зависимость изменения функции f(Q_i).

Является важным, что уравнение (2) определяет зависимости между количеством молярной тепловой энергии Q, молярным объемом и давлением в любой точке на рис.1.

Для изобарного процесса уравнение (2) можно записать в виде:

При P=constant,   PV^γ=f(Q), (2.2.)

Математически решая систему уравнений (1) и (2.2.) я получил уравнение:

kQ^γ=PV^γ,   (3)

А также уравнения:

kQ^γ=RTV^(γ-1), (4)

R^γ T^γ=kQ^γ P^(γ-1), (5)

где Q – количество молярной тепловой энергии, P – давление, T – температура, V – молярный объем, R – универсальная газовая постоянная, k – коэффициент пропорциональности; γ – показатель адиабаты.

Преимуществом уравнений (3), (4), (5) по сравнению с уравнением Пуассона и Менделеева-Клапейрона является то, что появляется возможность определения зависимостей между энтальпией (молярной тепловой энергией), давлением, молярным объемом, температурой.

Кому, что не понятно?
Кто видит какие ошибки?

[Странник2]

В изобарном процессе зависимость между приращением молярной тепловой энергии и изменением молярного объема соответствует уравнению:

∆Q=P∆V, при P=const.    (2)

Вообще-то, для изобарного процесса принято писать другую формулу:
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%B7%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%86%D0%B5%D1%81%D1%81%D1%8B

Математически решая уравнения (1) и (2) я получил уравнение:

kQ^γ=PV^γ,   (3)

А также уравнения:

kQ^γ=RTV^(γ-1), (4)

R^γ T^γ=kQ^γ P^(γ-1), (5)

где Q – молярная тепловая энергия, P – давление, T – температура (молярная интенсивность излучения), V – молярный объем, R – универсальная газовая постоянная, k – коэффициент пропорциональности; γ – показатель адиабаты.

Коэффициент пропорциональности:

k=1(м³/Дж)^(γ-1).

Хотелось бы взглянуть на математические выводы

[Карандаш]

Вообще-то, для изобарного процесса принято писать другую формулу:
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%B7%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%86%D0%B5%D1%81%D1%81%D1%8B

Покажите конкретно какую?

Я использовал другое: http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%B7%D0%BE%D0%B1%D0%B0%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%86%D0%B5%D1%81%D1%81

В изобарном процессе приращение тепловой энергии полностью тратится на совершаемую газом работу:

при P=const,   ∆Q=A=P∆V,   ==>  при P=const,   ∆Q=P∆V.

Хотелось бы взглянуть на математические выводы

Является важным, что уравнение (2) является общим и соответствует ЛЮБЫМ равновесным состояниям идеальных газов (в любой точке рис.1.)

Для изобарных процессов получаем систему уравнений:
уравнение (1) имеет вид:

при P=const,    Q/V=k2=const.  (6)

уравнение (2) имеете вид:

при P=const,   f(Q)/V^Y=k1=const,         (7)

Решая систему уравнений (6) и (7) получаем:

f(Q)=Q^Y    (8)

используя уравнение (8), уравнение (2) можно записать:

PV^γ=kQ^γ,    (3)

где k -- коэффициент пропорциональности.

[Шаляпин А.Л.]

ОЧЕНЬ ПОХОЖЕ, ЧТО ВЫ РАБОТАЕТЕ В ОБЛАСТИ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКИ

НЕ ЗАБЫВАЙТЕ И ПРО СТАТИСТИЧЕСКУЮ ФИЗИКУ В МИКРОМИРЕ -
http://s6767.narod.ru - АТОМНАЯ ФИЗИКА

[Карандаш]

ОЧЕНЬ ПОХОЖЕ, ЧТО ВЫ РАБОТАЕТЕ В ОБЛАСТИ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКИ

Нет, я не физик, физика для меня просто отдых, хобби. Как для многих физиков разгадывание кроссвордов, выращивание цветочков в горшочках, разведение аквариумных рыбок и т.д.

НЕ ЗАБЫВАЙТЕ И ПРО СТАТИСТИЧЕСКУЮ ФИЗИКУ В МИКРОМИРЕ -
http://s6767.narod.ru - АТОМНАЯ ФИЗИКА

Подскажите, пожалуйста, ЧТО у меня не сходится со статистической физикой?

[Вашкевич Виктор]

Нет, я не физик, физика для меня просто отдых, хобби. Как для многих физиков разгадывание кроссвордов, выращивание цветочков в горшочках, разведение аквариумных рыбок и т.д.
 Подскажите, пожалуйста, ЧТО у меня не сходится со статистической физикой?

А какое у Вас отношение к закону сохранения энергии?

[Карандаш]

А какое у Вас отношение к закону сохранения энергии?

По образованию я инженер механик. Взгляды и отношения соответствующие. Закон сохранения энергии и числа электрических зарядов для меня святое.

[Вашкевич Виктор]

По образованию я инженер механик. Взгляды и отношения соответствующие. Закон сохранения энергии и числа электрических зарядов для меня святое.

Вот это и есть и камень преткновения, и святая корова инженеров.
А подумайте о резонансе. Что там происходит?

[Карандаш]

Вот это и есть и камень преткновения, и святая корова инженеров.

Не только инженеров, но и опора всей науки.

А подумайте о резонансе. Что там происходит?

Если серьезно о резонансе, то на нем родимом и держится все устройство атома.

Только я уже боюсь говорить о чем думаю. На форуме МГУ озвучил свои мысли, так сразу форум закрыли 
Посмотрите мои мысли о резонансе: http://wasp.phys.msu.ru/forum/index.php?showtopic=18527&view=findpost&p=492685

[Карандаш]

в МКТ у Вас вторая не менее ценная идея объединить ур-ие Менделеева-Клайперона с адиабатой. Идея сама по себе замечательная, но первое что я успел заметить,  Вы забываете,  что уравнение состояния 3-х компонентное, например, в изобарном процессе P=const, но есть еще изменение температуры и внешняя работа идет не только на измение объема, но и на изменение внутреннего состояния Т,  и т.д. Тоже самое и в остальных, Вы берете только 2 компоненты, а надо 3. Надо глубоко разбираться, в допустимости такого подхода.

Осмелюсь заявить, что Вы сильно заблуждаетесь. Я рассматриваю не 2 компоненты, и да же не 3, а комплексно целых 6: Q, I, E, P, V и T. Где I – энтальпия (количество тепловой энергии в атомах), E – средние энергии электронов в атомах. При этом I тождественно E.

Важно – I (E) и P являются первичными компонентами, а V и T вторичными, формирующимися в результате соотношений I(E) и P, T=f(E,P), V=f(E,P). Поэтому на изменение температуры и молярного объема не требуется различных энергий. Температура формируется не кинетической энергией атомов, а интенсивностью неупругих ударов между атомами. При этом упругие удары между атомами не формируют температуру. Вроде мелочь, но разница огромная.

Второе, Вы путаете непрерывное излучение и излучение атомов, они разные, даже по графику. У непрерывного излучения начинается с нулевой частоты и плавно нарастает частота и энергия, а атомы начинают сверху (первый переход) а только затем излучают ИК волны, при этом вместе с УФ. Т.е. у атомов излучение начинается с середины и растекается в обе стороны. попозже, я Вам найду ссылку на з-ны атомного излучения, где-то в УФН попадалось.

Ссылку обязательно посмотрю.  Но, Опять осмелюсь заявить, что Вы во многом заблуждаетесь. Пример -- те же Ридберговские атомы. При их постепенном сжатии излучение начинается с дальних радиосерий (переходов электронов между верхними энергетическими уровнями). Что бы добраться до первого перехода нужно либо очень высокое давление, либо очень низкие энергии электронов, либо высокие кинетические энергии свободных электронов. При этом температура может быть любой -- от 0 К до миллиардов градусов. Пример, в ионизационных светильниках и лампах дневного света ионизация есть, и даже рентгеновское излучение есть, а никакой высокой температуры нет.
Электроны в атомах и переходы электронов по энергетическим уровням имеют дисперсию, отсюда и дисперсия интенсивностей излучений относительно максимальной интенсивности.

Пример -- если Ридберговские атомы, постепенно адиабатически сжимать, то появляется и температура и молярный объем. В зависимости от разных средних энергий электронов E и давления P температура и молярный объем будут разными.

Я не вижу никаких различий между механизмами формирования линейчатых спектров атомов и механизмами сплошных спектров.
Например, В  http://www.astronet.ru/db/msg/1179555/index.html рассматривается формирование спектров в газах:

Рис. 5. Изменение вида непрерывного спектра водорода
по мере увеличения толщины излучающего слоя (цифры
1,2,3 соответствуют слоям возрастающей толщины).
С увеличением толщины и непрозрачности слоя спектр
постепенно сглаживается и приближается к спектру
абсолютно чёрного тела, показанному жирной линией
(F - спектральная мощность излучения)

Из этого графика можно сделать предположение, что в газах возбужденные электроны имеют какую-то среднюю энергию и максимальная интенсивность спектров соответствует средней энергии возбужденных электронов.

[Король Альтов]

средней энергии возбуждения электронов в атомах.

По моему вот это не вписывается в термодинамику, поскольку она работает для статистически значимых количеств вещества, а не с отдельными атомами и электронами.
На мой взгляд сам заголовок форума - Квантовая термодинамика некорректен. Хотя возможно вы как то аргументируете свою точку зрения?

[Карандаш]

По моему вот это не вписывается в термодинамику, поскольку она работает для статистически значимых количеств вещества, а не с отдельными атомами и электронами.
 

Термодинамика наука обширная.
Я рассматриваю механизмы изменения состояний идеальных газов при термодинамических процессах. При этом обращаю внимание на зависимости между  количеством передаваемой тепловой энергии и изменениями молярного объема, давления и температуры.

На мой взгляд сам заголовок форума - Квантовая термодинамика некорректен. Хотя возможно вы как то аргументируете свою точку зрения?

Заголовок "Квантовая термодинамика" я взял из Википедии.
Я рассматриваю термодинамические процессы при передаче тепловой энергии излучением через прозрачные вакуумные перегородки. Через прозрачные вакуумные перегородки тепловая энергия может переходить только в виде фотонов. В рассматриваемых мной термодинамических процессах тепловое излучение в виде фотонов может формироваться только при переходах электронов по  дискретным энергетическим уровням в атомах.

В чем конкретно Вы видите несоответствие с заголовком "квантовая термодинамика"? Как более корректно Вы бы назвали данную тему?

[Король Альтов]

Термодинамика наука обширная.
Я рассматриваю механизмы изменения состояний идеальных газов при термодинамических процессах. При этом обращаю внимание на зависимости между  количеством передаваемой тепловой энергии и изменениями молярного объема, давления и температуры.

Термодинамика как известно не работает с отдельными атомами и тем более с электронами. Вам известно что понятия температуры и давления неприменимы к отдельным атомам? Вот это я имел в виду.

 Заголовок "Квантовая термодинамика" я взял из Википедии.
Я рассматриваю термодинамические процессы при передаче тепловой энергии излучением через прозрачные вакуумные перегородки. Через прозрачные вакуумные перегородки тепловая энергия может переходить только в виде фотонов. В рассматриваемых мной термодинамических процессах тепловое излучение в виде фотонов может формироваться только при переходах электронов по  дискретным энергетическим уровням в атомах.
В чем конкретно Вы видите несоответствие с заголовком "квантовая термодинамика"? Как более корректно Вы бы назвали данную тему?

К какой области относится формула Планка для равновесного излучения абсолютно черного тела туда же и отнести данный форум.

[Странник2]

Я использовал другое: http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%B7%D0%BE%D0%B1%D0%B0%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%86%D0%B5%D1%81%D1%81

В изобарном процессе приращение тепловой энергии полностью тратится на совершаемую газом работу:

при P=const,   ∆Q=A=P∆V,   ==>  при P=const,   ∆Q=P∆V.

В приведенной Вами ссылке используется другая формула:
Цитата:
Количество теплоты, получаемое или отдаваемое газом, характеризуется изменением энтальпии

при P=const,   ∆Q=∆I=∆U + P∆V.

где ∆U - изменение внутренней энергии.
Посмотрите внимательнее

[Странник2]

Осмелюсь заявить, что Вы сильно заблуждаетесь. Я рассматриваю не 2 компоненты, и да же не 3, а комплексно целых 6: Q, E, S, P, V и T. Где Q – количество тепловой энергии в атомах, E – средние энергии электронов в атомах. При этом Q тождественно E и тождественно энтальпии S.

S - принято обозначать энтропию, а энтальпию обычно обозначают I. Это разные термодинамические параметры.

Важно – Q (E) и P являются первичными компонентами, а V и T вторичными, формирующимися в результате соотношений Q(E) и P, T=f(E,P), V=f(E,P). Поэтому на изменение температуры и молярного объема не требуется различных энергий.

Непонял. Как это на измерение температуры и объема не требуется различных энергий? Поясните.

Температура формируется не кинетической энергией атомов, а интенсивностью неупругих ударов между атомами. При этом упругие удары между атомами не формируют температуру. Вроде мелочь, но разница огромная.  

Это не мелочь. Это полностью переворачивает как минимум несколько разделов физики: МКТ (теория идеальных газов), статистическую физику, и классическую атомную теорию Бора. Слава богу, что Ваша "мелочь" не затрагивает КМ, а то бы я Вам не позавидовал.

Ссылку обязательно посмотрю.

Смотрите УФН №4 1924 г, с.449-478, Статья Семенова Н.Н. "Потенциалы ионзации газов и паров". на с. 458 приводятся основные з-ны возбуждения спектров.

Но, Опять осмелюсь заявить, что Вы во многом заблуждаетесь. Пример -- те же Ридберговские атомы. При их постепенном сжатии излучение начинается с дальних радиосерий (переходов электронов между верхними энергетическими уровнями). Что бы добраться до первого перехода нужно либо очень высокое давление, либо очень низкие энергии электронов, либо высокие кинетические энергии свободных электронов. При этом температура может быть любой -- от 0 К до миллиардов градусов.

С ридберговскими атомами, мне надо самому еще много разбираться. так, что пока умного ничего не скажу.

Пример, в ионизационных светильниках и лампах дневного света ионизация есть, и даже рентгеновское излучение есть, а никакой высокой температуры нет.

В обзоре Семенова, как раз и разбираются такие методы ионизации, не методом нагрева, а именно ионизации эл. током.

Пример -- если Ридберговские атомы, постепенно адиабатически сжимать, то появляется и температура и молярный объем. В зависимости от разных средних энергий электронов E и давления P температура и молярный объем будут разными.

Как появляется температура? А что её без адиабатического сжатия не было?

Я не вижу никаких различий между механизмами формирования линейчатых спектров атомов и механизмами сплошных спектров.

Очень зря. Вопрос сложный, и точно не знаю, но я не встречал объяснения механизма перехода, который Вы приводите:

Например, В  http://www.astronet.ru/db/msg/1179555/index.html рассматривается формирование спектров в газах:

Рис. 5. Изменение вида непрерывного спектра водорода
по мере увеличения толщины излучающего слоя (цифры
1,2,3 соответствуют слоям возрастающей толщины).
С увеличением толщины и непрозрачности слоя спектр
постепенно сглаживается и приближается к спектру
абсолютно чёрного тела, показанному жирной линией
(F - спектральная мощность излучения)

Из этого графика можно сделать предположение, что в газах возбужденные электроны имеют какую-то среднюю энергию и максимальная интенсивность спектров соответствует средней энергии возбужденных электронов.

Интересно, если к разговору подключаться специалисты в данной области, они укажут нам механизм перехода указанный на графике по Вашей ссылке?
Мне было бы это интересно.

[Король Альтов]

Очень зря. Вопрос сложный, и точно не знаю, но я не встречал объяснения механизма перехода, который Вы приводите:Интересно, если к разговору подключаться специалисты в данной области, они укажут нам механизм перехода указанный на графике по Вашей ссылке?
Мне было бы это интересно.

Практически наверняка нет - вы тут похоже первые приличные люди в смысле отношения к физике - рад общению - сейчас под виртуалом - потом попробую вам составить компанию - от души всем плюс.

[Карандаш]

Термодинамика как известно не работает с отдельными атомами и тем более с электронами. Вам известно что понятия температуры и давления неприменимы к отдельным атомам? Вот это я имел в виду.

А ГДЕ Вы видите, что бы я к отдельным атомам применял понятие температура и давление?
Температура и давление может формироваться только совокупностью атомов.

К какой области относится формула Планка для равновесного излучения абсолютно черного тела туда же и отнести данный форум.

По образованию я механик и в разделах физики не очень разбираюсь. Меня интересуют зависимости между количеством переданного тепла и изменениями V, T, P. А уж к какому разделу физики отнести данные зависимости дело десятое и пусть этим занимаются физики.

[Карандаш]

S - принято обозначать энтропию, а энтальпию обычно обозначают I. Это разные термодинамические параметры.Непонял.

Спасибо, учту.

Как это на измерение температуры и объема не требуется различных энергий? Поясните.

Механизмы формирования молярного объема можно объяснить следующим. Электронная оболочка каждого атома имеет определенный объем, зависящий от распределения электронов по энергетическим уровням. Электронные оболочки соседних атомов Кулоновскими силами отталкиваются друг от друга. Следовательно, молярный объем зависит от распределения электронов по энергетическим уровням и внешнего давления: V=f₁(E,P). Температура определяется интенсивностью теплового излучения, которое формируется в результате неупргих ударов между атомами T=f₂(E,P).  При этом, как и при изменении молярного объема, так и при изменении температуры тепловая энергия излучения тратится только на изменение средних энергий электронов в атомах.

Пример -- если Ридберговские атомы, постепенно адиабатически сжимать, то появляется и температура и молярный объем. В зависимости от разных средних энергий электронов E и давления P температура и молярный объем будут разными.

Как появляется температура? А что её без адиабатического сжатия не было?

Важно -- Без давления нет и температуры!
Вы посмотрите КАК зависит температура газов от давления! Если давление повышается, то повышается и температура! Если давление стремится к нулю, то и температура стремится к нулю.

Рассмотрим механизм формирования интенсивности теплового излучения.
1. В одно атомном газе излучение формируется только при переходе электронов с верхних энергетических уровней на нижние. Следовательно, в атомах газа электроны находятся не только на стационарных энергетических уровнях, но и на возбужденных энергетических уровнях. Иначе просто не было бы излучения тепловой энергии.
2. При снятии давления прекращается и интенсивность теплового излучения, то есть электроны перестают переходить на более низкие энергетические уровни и остаются на возбужденных энергетических уровнях неопределенно долго.
3. При сжатии увеличение температуры и интенсивности излучения тепловой энергии свидетельствует об увеличении интенсивности переходов электронов с верхних энергетических уровней на более нижние энергетические уровни.

Я не вижу никаких различий между механизмами формирования линейчатых спектров атомов и механизмами сплошных спектров.

Очень зря. Вопрос сложный, и точно не знаю, но я не встречал объяснения механизма перехода, который Вы приводите:Интересно, если к разговору подключаться специалисты в данной области, они укажут нам механизм перехода указанный на графике по Вашей ссылке?
Мне было бы это интересно.

Вопрос действительно сложный. Мне тоже было бы интересно пообщаться со специалистами по спектроскопии.

Смотрите УФН №4 1924 г, с.449-478, Статья Семенова Н.Н. "Потенциалы ионзации газов и паров". на с. 458 приводятся основные з-ны возбуждения спектров.

Спасибо, посмотрел.
Я пользуюсь более расширенным источником: С.Э. Фриш, Оптические спектры атомов. 1963г.

[ival]

"Вопрос действительно сложный. Мне тоже было бы интересно пообщаться со специалистами по спектроскопии. "

Обратитесь к КАСТРО, он элементарно разъяснит что эм-спектр вовсе не волны, а частицы налипшие на спектрограмму.

Можно еще заглянуть сюда http://newfiz.narod.ru/qua-opus.htm.