Квантовая термодинамика, очень просто.

[Карандаш]

Насколько я знаю, в изобарном процессе без теплообмена энтальпия должна сохраняться.

Ошибка.
Изобарный процесс не возможен без теплообмена.

Но это не адиабатический процесс в общем случае. Это делает неверным (2) и (3).

Уравнения (2) PV^γ=f(Qi),   (2). описывает разные адиабаты при РАЗНЫХ молярных тепловых энергиях Qi=constant  отличающиеся на ∆Q (я уж и не знаю КАК их и назвать)
А уравнение (3) kQ^γ=PV^γ,   (3) соответствует любой ТОЧКЕ в ЛЮБОМ месте на рис.1., в том числе при P=constanta соответствует изобарному процессу.

Уравнение (3) отличается от уравнения (2) тем, что им можно описывать и изобарные, и изохорные, и адиабатические процессы.

[Alexpo]

Карандашу:
Вообще говоря, в адиабатических процессах постоянна энтропия S, поэтому, уравнение (2) можно писать

PV^γ=f(S)

[Alexpo]

Ошибка.
Изобарный процесс не возможен без теплообмена.

Это зависит от способа организации процесса. Можно поддерживать постоянное давление в теплоизолированной системе путем совершения работы. Посмотрите:
http://www.femto.com.ua/articles/part_2/4759.html
Обратите внимание на фразу в конце:

В теплоизолированной системе при постоянном р Э. сохраняется

Уравнения (2) PV^γ=f(Ii),   (2). описывает разные адиабаты при РАЗНЫХ молярных тепловых энергиях Ii=constant или Qi=constant отличающиеся на ∆Q (я уж и не знаю КАК их и назвать)
А уравнение (3) kI^γ=PV^γ,   (3) соответствует любой ТОЧКЕ в ЛЮБОМ месте на рис.1.

Я еще раз повторяю, что энтальпия изменяется в адиабатическом процессе, следовательно, она не может стоять справа в уравнении Пуассона.

Что вы имеете в виду под "молярной тепловой энергией"? Если внутреннюю энергию одного моля вещества, то при адиабатическом процессе она тоже меняется, следовательно ваше высказывание "описывает разные адиабаты при РАЗНЫХ молярных тепловых энергиях " тоже неверно. Разные адиабаты должны соответствовать разным значениям НЕИЗМЕНЯЮЩЕЙСЯ в адиабатическом процессе величины.

Например, разные изотермы соответствуют разным значениям температуры. Я вам предложил использовать энтропию.

[В.И.Костицын]

Изобарный процесс не возможен без теплообмена.
Уравнения (2) PV^γ=f(Ii),   (2). описывает разные адиабаты при РАЗНЫХ молярных тепловых энергиях Ii=constant или Qi=constant отличающиеся на ∆Q (я уж и не знаю КАК их и назвать)
А уравнение (3) kI^γ=PV^γ,   (3) соответствует любой ТОЧКЕ в ЛЮБОМ месте на рис.1.

Уравнение (3) отличается от уравнения (2) тем, что им можно описывать и изобарные, и изохорные, и адиабатические процессы.

Вы пытаетесь строить квантовую термодинамику на обычных кинематических моделях газов (упругие шарики).
Вряд ли такое возможно.
Для квантовой термодинамики нужны более точные модели строения вещества. Точечные модели для этой цели уже не годятся.
Да и в самой КМ электрон - уже не точка, а по крайней мере - размазанное пятно.

[Карандаш]

ТЕРМОДИНАМИКА по определению - наука о наиболее общих тепловых свойствах макроскопических тел.
Я потому и не участвовал с начала в этой теме, что считаю название Квантовая термодинамика - бессмысленным.

Не такое это название и без смысленное. По крайней мере, я другого названия лучше этого придумать не смог.

Понятие "квантовый" относится к вполне конкретным процессам для микрообъектов и к термодинамике отношения не имеет.

Дело в том, что в результате моего анализа ВСЯ термодинамика связывается с изменениями состояний электронов в атомах. И все эти процессы именно квантовые.

Что касается равновесия в системе излучения-вещество, то она со времен Планка, разумеется, связана с квантами э-м излучения, но это не означает возможности применять к фотонам понятий термодинамики в полном объеме. Например температура излучения - это не термодинамическая температура, а конвекция фотонов - это, мягко говоря, нелепость.

Кое что и нелепость, например, современное применение формулы Планка для общих спектров. Но равновесная интенсивность излучения это далеко не нелепость. Зависимости между температурой и интенсивностью излучения это тоже далеко не нелепость. Переходы электронов по энергетическим уровням при излучении-поглощении энергии это тоже не нелепость и.т.д.

[Карандаш]

Это зависит от способа организации процесса. Можно поддерживать постоянное давление в теплоизолированной системе путем совершения работы. Посмотрите:
http://www.femto.com.ua/articles/part_2/4759.html
Обратите внимание на фразу в конце:
Я еще раз повторяю, что энтальпия изменяется в адиабатическом процессе, следовательно, она не может стоять справа в уравнении Пуассона.

Я что то совсем запутался с обозначением молярной тепловой энергии. Голова уже ничего не соображает.

Я вам предложил использовать энтропию.

С энтропией я тоже запутался.

Пока, просто Вернусь к молярной тепловой энергии Q в одном моле газа (Дж/Моль). По крайней мере будет понятно, что речь идет именно о тепловой энергии находящейся в одном моле газа (Дж/Моль) и передаче излучением именно количества молярной тепловой энергии ∆Q (Дж/Моль) при термодинамических процессах.

Если это будет не правильно, то подскажите как более правильно.

Что вы имеете в виду под "молярной тепловой энергией"?

В моем понимании, Молярная тепловая энергия это ТЕПЛОВАЯ энергия содержащаяся в одном моле газа Дж/Моль.  То есть, сколько было поглощено ТЕПЛОВОЙ энергии для расширения газа от 0 до V   ( Q=A=PV)

Если внутреннюю энергию одного моля вещества, то при адиабатическом процессе она тоже меняется, следовательно ваше высказывание "описывает разные адиабаты при РАЗНЫХ молярных тепловых энергиях " тоже неверно. Разные адиабаты должны соответствовать разным значениям НЕИЗМЕНЯЮЩЕЙСЯ в адиабатическом процессе величины.

 Вот у меня и будут разные адиабаты соответствовать разным Qi, отличающимся на ∆Q.

Тогда мои уравнения примут вид:

kQ^γ=PV^γ,   (3)

kQ^γ=RTV^(γ-1), (4)

R^γ T^γ=kQ^γ P^(γ-1), (5)

где Q – молярная тепловая энергия Дж/Моль, P – давление (Дж/м³)^Y, T – температура, V – молярный объем (м3/Моль), R – универсальная газовая постоянная, k – коэффициент пропорциональности; γ – показатель адиабаты.

Важно:  P – давление, имеет размерность (Дж/м³)^Y !! Это принципиально новое определение размерности давления!!

У КОГО, КАКИЕ вопросы?

[Карандаш]

Вы пытаетесь строить квантовую термодинамику на обычных кинематических моделях газов (упругие шарики).
Вряд ли такое возможно.
Для квантовой термодинамики нужны более точные модели строения вещества. Точечные модели для этой цели уже не годятся.
Да и в самой КМ электрон - уже не точка, а по крайней мере - размазанное пятно.

Согласен, на представлениях атомов как точечных упругих шариков не возможно.

Поэтому, атом я представляю как объемную структуру, в которой электроны формируют объемные электронные оболочки. При этом объем электронных оболочек зависит от энергий электронов. Электронные оболочки разных атомов Кулоновскими силами отталкиваются друг от друга, что объясняет упругость газов. Между атомами происходят как упругие удары, так и неупругие, сопровождающиеся излучением. При этом температура формируется только интенсивностями излучений неупругих ударов между атомами. Упругие удары между атомами не сопровождаются излучениями и не формируют температуру.

[Alexpo]

Вернусь просто к обозначению тепловой энергии Q в одном моле газа. По крайней мере будет понятно, что речь идет именно о тепловой энергии находящейся в одном моле газа и передаче именно количества тепловой энергии ∆Q при термодинамических процессах.
В моем понимании, Молярная тепловая энергия это ТЕПЛОВАЯ энергия содержащаяся в одном моле газа. 

Чем это отличается от внутренней энергии идеального газа?

То есть, сколько было поглощено ТЕПЛОВОЙ энергии для расширения газа от 0 до Q=A=PV

Это я вообще не понял!

[Карандаш]

То есть, сколько было поглощено ТЕПЛОВОЙ энергии для расширения газа от 0 до Q=A=PV

Это я вообще не понял!

Не знаю как пояснить.
Сколько в объеме газа V при давлении P содержится тепловой энергии?
В моем понимании Её можно представить как работу по расширению газа от 0 до V при давлении P. На эту работу должна быть затрачена энергия Q.

Чем это отличается от внутренней энергии идеального газа?

Тем, что я рассматриваю только тепловую энергию передающуюся излучением. И не хочу её путать ни с какой другой энергией.

[Карандаш]

Значение изменения тепловой энергии может дать
область условно допустимых значений влияющих параметров,
но никак не точку в этой области.

Смотря ЧТО ВЫ имеете в виду.
Если температуру T, молярный объем V, давление P и молярную тепловую энергию Q то все они определяются довольно точно.
Если энергию одного электрона в атоме, то бесполезно её ловить, так как она может изменяться как угодно. Но средняя энергия электронов в атомах определяется тоже достаточно точно, так как прямо пропорциональна молярной тепловой энергии Q:

E∝Q

[Карандаш]

Пойдем дальше.

1. Возьмем адиабатический сосуд и разделим его на две камеры прозрачным поршнем с вакуумной прослойкой (имеющем две стенки с вакуумной прослойкой, как в термосе).
2. Заполним обе камеры одноатомным идеальным газом.
3. Сместим поршень в сторону. В соответствии с адиабатическими процессами, в камерах  изменятся температуры, соответственно и изменятся интенсивности теплового излучения.
4. Зафиксируем поршень. В результате перехода теплового излучения через прозрачный поршень будут происходить изохорные процессы, пока температуры в обеих камерах не выровняются и не наступит изотермическое равновесие.

Изотермическое равновесие может наступить только в том случае, если газы с разных сторон поршня будут иметь одинаковые интенсивности удельного теплового излучения.

 Из уравнения (5) можно определить условия изотермического равновесия в системах с разными давлениями:

Q1^γ P1^(γ-1)=Q2^γ P2^(γ-1), (10)

где Q1, Q2 и  P1,  P2 соответственно молярные тепловые энергии и давления в камерах 1 и 2.

Наличие излучения энергии свидетельствует, что в газах имеются электроны на возбужденных энергетических уровнях. Следовательно, средние энергии электронов в газах можно представить как отличные от нуля и прямо пропорциональные молярной тепловой энергии^

E∝Q

Следовательно, уравнение (10) можно представить в виде:

E1^γ P1^(γ-1)=E2^γ P2^(γ-1), (11)

где E1, E2 и  P1,  P2 соответственно средние энергии электронов и давления в камерах 1 и 2.

Так как излучение и поглощение теплового излучения сопровождается переходами электронов по энергетическим уровням, то при переходе энергии излучения из одной камеры в другую, соответственно будут меняться и средние энергии электронов.[/color]

Что здесь не так?

[Карандаш]

Пойдем дальше.

Полученное уравнение для изотермических систем с разными давлениями:

E1^γ P1^(γ-1)=E2^γ P2^(γ-1), (11)

где E1, E2 и  P1,  P2 соответственно средние энергии электронов и давления в камерах 1 и 2.
Позволяет рассматривать зависимости между средними энергиями электронов и давлениями в изотермических системах с разными давлениями.

У меня нет конкретных исследований по изменениям энергий электронов в различных изотермических системах с разными давлениями, но по имеющимся исследованиям спектров излучения и поглощения в астрономии, можно заключить, что данное уравнение хорошо согласуется с изменениями средних энергий электронов в космических газах, атмосферах звезд и планет:  http://www.astronet.ru/db/msg/1179694

Рис. 5. Физические характеристики слоёв Солнца: r - плотность, Т - температура, р - давление,
n - число частиц в 1 см3. Толщина фотосферы и хромосферы на рисунке несколько преувеличена.

В наружных слоях Солнца, при низком давлении электроны в атомах находятся на самых высоких энергетических уровнях вплоть до ионизации атомов. В более нижних слоях, с увеличением давления происходит и постепенное снижение электронов по энергетическим уровням. Из ионизированного газ переходит в атомарные состояния, а в самых нижних слоях наблюдаются и молекулярные соединения, что свидетельствует о расположениях электронов на низких энергетических уровнях.

Является важным и механизм передачи тепловой энергии в звездах:http://www.astro.tsu.ru/astrophysics/lecture_6.pdf
Градиент температуры. зависит от того, как осуществляется перенос энергии: теплопроводностью, конвекцией или лучистым переносом.
Внутри нормальных звезд теплопроводность очень незначительна,
В нормальных звездах кондуктивным переносом энергии (теплопереносом) можно пренебречь. При лучистом переносе энергии фотоны, испускаемые более горячими частями звезды, поглощаются более холодными областями, которые они нагревают. Говорят, что звезда находится в лучистом равновесии, когда энергия, освобождающаяся во внутренних частях звезды, переносится наружу всецело при помощи излучения.

Если лучистый перенос энергии неэффективен, абсолютное значение лучистого температурного градиента становится очень большим. В этом случае газ приходит в движение, перенося энергию наружу более эффективно, чем излучение. В этом конвективном движении горячий газ поднимается выше в более холодные слои, где теряет энергию и опускается снова.
Говорят, что движущиеся газовые массы подчиняются адиабатическому уравнению состояния

В космическом пространстве космические газы имеют электроны на высоких энергетических уровнях http://www.prao.ru/History/history_6.htmlИсследования РРЛ линий привели к получению ряда принципиально новых, важных для физики и астрономии результатов. Было установлено, что в разреженной межзвездной среде атомы, как квантовые системы, могут существовать до уровней возбуждения n ~ 1000, достигая размеров ~ 0.1 мм. Излучаемые (поглощаемые) ими спектральные линии можно наблюдать на Земле в широком диапазоне радиоволн от миллиметровых до декаметровых.

[Карандаш]

В атмосфере Земли, с увеличением высоты снижается давление. Воздушные слои с разными давлениями стремятся к термодинамическому равновесию, следовательно,  к выполнению условий уравнения (11).
http://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&sqi=2&ved=0CGMQFjAB&url=http%3A%2F%2Faviaclub.ru%2Fuploads%2Fmedia%2FAehrodinamika_samoljota.pdf&ei=NRKpT5O8LIjKsgbWlpySBQ&usg=AFQjCNHFZdOq1YUFeGfp2dO3yLjiPhm3rg&sig2=svhqjWrcBz3t6jY__bEUsQСтратосфера - слой воздуха, лежащий непосредственно над воздушными слоями тропосферы. В ней наблюдается полное отсутствие облаков и наличие сильных ветров, дующих с большой скоростью и в одном направлении. Вертикальные перемещения воздушных масс отсутствуют. В стратосфере с высоты: на экваторе - 17 км, полюсе - 8 км, средней широте - 11 км и до высоты в среднем 25...30 км температура постоянна и составляет -56°С. С высоты 30 км и до 55 км температура воздуха повышается до +75°С вследствие повышенного содержания озона, который обладает способностью поглощать ультрафиолетовое излучение. С высоты 55 км и до 80 км температура воздуха понижается в среднем на 4°С на каждые 1000 м из-за уменьшения процентного содержания озона в воздухе. На высоте 82...83 км температура воздуха составляет -35°С (рис. 2).

В стратосфере и более высоких слоях  молекулы газов диссоциируют — на атомы (выше 80 км диссоциируют СО2 и Н2, выше 150 км — О2, выше 300 км — Н2). На высоте 200-500  км в ионосфере происходит также ионизация газов, на высоте 320 км концентрация заряженных частиц (О+2, О−2, N+2) составляет ~ 1/300 от концентрации нейтральных частиц. В верхних слоях атмосферы присутствуют свободные радикалы — ОН•, НО•2 и др.

Отсутствие вертикальных перемещений воздуха в стратосфере можно объяснить тем, что с увеличением высоты увеличиваются средние энергии электронов в атомах, соответственно и относительные молярные объемы, что препятствует вертикальным перемещениям воздушных масс.

Таким образом, вертикальные перемещения воздуха  возможны только при фазовых переходах воды в пар, который значительно легче воздуха, или сильных  перегревах воздуха в результате теплопередачи от разогретой поверхности Земли или других горячих источников (пожаров).  Это объясняет механизмы формирования циркуляции воздушных масс в тропосфере, формирования вихрей и ураганов.

[Вашкевич Виктор]

Пойдем дальше.

Полученное уравнение для изотермических систем с разными давлениями:

E1^γ P1^(γ-1)=E2^γ P2^(γ-1), (11)

где E1, E2 и  P1,  P2 соответственно средние энергии электронов и давления в камерах 1 и 2.
Позволяет рассматривать зависимости между средними энергиями электронов и давлениями в изотермических системах с разными давлениями.

У меня нет конкретных исследований по изменениям энергий электронов в различных изотермических системах с разными давлениями, но по имеющимся исследованиям спектров излучения и поглощения в астрономии, можно заключить, что данное уравнение хорошо согласуется с изменениями средних энергий электронов в космических газах, атмосферах звезд и планет:  http://www.astronet.ru/db/msg/1179694

Рис. 5. Физические характеристики слоёв Солнца: r - плотность, Т - температура, р - давление,
n - число частиц в 1 см3. Толщина фотосферы и хромосферы на рисунке несколько преувеличена.

С товарищем Карандашем все ясно.
Крепко держась за фальшивку Карно, отправился рассуждать про Солнце и звезды...

[Alexpo]

Отсутствие вертикальных перемещений воздуха в стратосфере можно объяснить тем, что с увеличением высоты увеличиваются средние энергии электронов в атомах, соответственно и относительные молярные объемы, что препятствует вертикальным перемещениям воздушных масс.

Ерунда!

[Карандаш]

Ерунда!

А ЧТО конкретно ЕРУНДА?
Может и не такая уж и ерунда??

[Странник2]

Alexpo 

Энтропия в адиабатических процессах сохраняется, только в обратимых процессах. Но существуют и необратимые процессы.
В общем, адиабатические процессы м.б. и изоэнтропиныйми (обратимые) и изоэнтальпийными (например, эффект Джоуля-Томпсона).
Я совершенно согласен, все зависит от организации процесса, в т.ч. и от того, какой процесс происходит.

[Странник2]

Отсутствие вертикальных перемещений воздуха в стратосфере можно объяснить тем, что с увеличением высоты увеличиваются средние энергии электронов в атомах, соответственно и относительные молярные объемы, что препятствует вертикальным перемещениям воздушных масс.

С точки зрения современой парадигмы теории газов - это полная ерунда. Т.к. "мольный объем" - это условное понятие. Согласно МКТ каждый атом отдельная единица и его поведение не зависит от поведения окружающих его атомов составляющих "моль".
Каждый атом хаотично движется туда куда его случайно толкнули и настолько далеко, насколько его путь, в данном направлении, окажется свободным.

[Карандаш]

Alexpo  

Энтропия в адиабатических процессах сохраняется, только в обратимых процессах. Но существуют и необратимые процессы.
В общем, адиабатические процессы м.б. и изоэнтропиныйми (обратимые) и изоэнтальпийными (например, эффект Джоуля-Томпсона).
Я совершенно согласен, все зависит от организации процесса, в т.ч. и от того, какой процесс происходит.

Все реальные газы представляют сложную смесь из разных фазовых состояний. Например водород имеет два фазовых состояния -- параводород и ортоводород. При переходе ортоводорода в параводород выделяется энергия. Мое мнение -- эффект Джоуля -Томсона зависит от фазовых переходов. То-есть, происходит фазовый переход ортоводорода в параводород.

В идеальных газах не рассматриваются фазовые переходы. Поэтому, в идеальных газах все термодинамические процессы обратимы и эффект Джоуля-Томсона отсутствует -- происходит обычное адиабатическое расширение.

[Карандаш]

С точки зрения современой парадигмы теории газов - это полная ерунда. Т.к. "мольный объем" - это условное понятие. Согласно МКТ каждый атом отдельная единица и его поведение не зависит от поведения окружающих его атомов составляющих "моль".
Каждый атом хаотично движется туда куда его случайно толкнули и настолько далеко, насколько его путь, в данном направлении, окажется свободным.

С точки МКТ -- ДА.
Но посмотрим реальность.
В колодцах скапливается СО2.
В смесях газов из легких и тяжелых газов, например, Н2 и СО2, происходит изменение концентраций Н2 и СО2 по высоте. В такой смеси, для перемещения водорода вниз, а СО2 в верх нужны затраты энергии.

Теперь посмотрим на термодинамические процессы. Теплый воздух поднимается в верх, а холодный опускается вниз. При вертикальных перемещениях происходят адиабатические процессы.

Вопрос -- есть ли ограничение на какую высоту может подняться теплый воздух?

Я считаю, что есть -- это зависит от адиабатических и изохорных изменений молярного объема в газах имеющих разные молярные тепловые энергии Дж/Моль (молярные энтальпии Дж/Моль).
Приближенно, можно принять, что в атмосфере по высоте состояния воздуха соответствует изотермическим зависимостям между молярной тепловой энергией Дж/Моль (молярной энтальпией Дж/Моль), молярным объемом, давлением. В разогреваемом воздухе зависимости между молярной тепловой энергией, молярным объемом, давлением ти температурой соответствуют изобарным процессам. В поднимающемся теплом воздухе изменения между молярной тепловой энергией, молярным объемом, давлением и  температурой соответствуют адиабатическим процессам.
При нагревании воздуха происходит адиабатическое увеличение молярного объема. В результате воздух становится более легким, по сравнению с окружающим воздухом, и он начинает подниматься в верх. При подъеме теплого воздуха происходят адиабатические изменения молярного объема. При выравнивании молярного объема в поднимающемся воздухе с окружающем воздухом, подъем теплого воздуха прекратится. Например, Именно поэтому, дым из дымовых труб, костров и пожарищ доходит до определенной высоты, и дальше не поднимается. Если высокая дымовая труба выбрасывает воздух с молярной тепловой энергией ниже чем молярная тепловая энергия окружающего воздуха, то выбрасываемый из дымовой трубы воздух будет опускаться до высоты с равновесной мольной тепловой энергией окружающего воздуха.