В Природе нет скрытых теплот агрегатных превращений.



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

В Природе нет скрытых теплот агрегатных превращений.



Из вышеизложенной физики агрегатных превращений (10.7) с полной очевидностью следует: чтобы расплавить молекулярный кристалл, достаточно нагреть его до температуры плавления – и он расплавится, причём, без помощи дополнительной теплоты, идущей на само плавление. Действительно, плавление (10.7) не требует энергозатрат на разрушение кристаллической структуры: вблизи точки плавления, эта структура уже сама готова разрушиться, поскольку статическая коллективная сцепка молекул работает на пределе своих возможностей – и, в точке плавления, коллективная сцепка молекул всего лишь «сваливается» в динамический режим. Аналогично, агрегатное превращение жидкой фазы в газообразную также не требует теплозатрат, идущих на само это превращение.

Но эти простые выводы кардинально противоречат ортодоксальным воззрениям – согласно которым, агрегатные превращения невозможны без соответствующих тепловых эффектов. Чтобы расплавить образец, требуется, якобы, сообщить ему тепловую энергию в количестве, определяемом «скрытой теплотой плавления». А испарение жидкости требует, якобы, тепловую энергию в количестве, определяемом «теплотой испарения». При обратных же превращениях – конденсации и кристаллизации – такие же количества теплоты, якобы, выделяются. Проповедуя реальность теплот агрегатных превращений, ортодоксы до сих пор не отказались от ошибок, доставшихся им в наследство чуть ли не из средневековья.

Действительно, в 18-ом веке естествоиспытатели развивали вот какое направление: они смешивали некоторое количество холодной воды с некоторым количеством горячей – и измеряли результирующую температуру. Её значение, в согласии с формулой Рихмана, было средним взвешенным – а в частном случае, при равных весах холодной и горячей воды, оно было средним арифметическим. И вот, химик Блэк, а затем и химик Вильке, решили проверить формулу Рихмана для случая смешивания горячей воды не с холодной водой, а со льдом. Конечная температура воды для случая исходных равных весов льда при 0оС и воды при 70оС оказалась равна далеко не среднему арифметическому – она оказалась равна 0оС. Куда, спрашивается, уходит весь запас тепла воды при 70оС, если не на плавление льда? Вот так и определили величину его скрытой теплоты плавления. Почему – «скрытой»? А, видите ли, лёд плавится, оставаясь при одной и той же температуре, 0оС, и калориметрическим методом, где измеряемым эффектом является приращение температуры, эту «теплоту плавления» не засечь – её можно только домыслить. Вы подумайте – даже услужливый калориметрический метод кричал: «Ребята, иллюзиями страдаете!» Нет, не прислушались…

В чём же была ошибка логики Блэка и Вильке? Смотрите: когда лёд оказывается в контакте с горячей водой, он сразу начинает таять – но у него плохая теплопроводность, и он тает не весь сразу, а только с поверхности, которую омывает горячая вода. А температура этой поверхности – пока лёд не растаял весь – так и остаётся равна 0оС! Значит, вода всё время контактирует с источником охлаждения, находящимся при постоянной температуре – отчего она, будучи сначала горячей, становится тёплой, потом прохладной, потом ледяной… и, при исходных равных весах льда при 0оС и воды при 70оС, вся результирующая вода окажется при 0оС. Всё просто и прозрачно! Но нет, от нас требуют объяснений – куда же делся запас теплоты, который был у горячей воды. Подобные вопросы были бы уместны, если в Природе действовал бы закон сохранения теплоты. Но тепловая энергия не сохраняется – она свободно конвертируется в другие формы энергии. И, что происходит при тепловом контакте тел, имеющих разные температуры, мы подробно обсудили выше (10.5).

Кстати, лёд может таять и в другом, более показательном режиме. «Представьте: во внутреннем стаканчике калориметра находятся вода и лёд – в тепловом равновесии друг с другом и с буферным веществом. Ничтожное повышение температуры, до т.н. точки ликвидуса – и фазовое равновесие между льдом и водой нарушится: лёд начнёт таять. Откуда будет заимствоваться тепло на это таяние? Из буферного вещества, что ли? Но тогда его температура понизится, и поток тепла «на таяние» прекратится. На самом же деле, лёд растает весь, а температура так и останется в точке ликвидуса. Скандал!» [Д3]

Нам могут возразить, что этот пример – какое-то досадное исключение, не отражающее истинную картину. Ну, тогда то, что происходит при всех агрегатных превращениях – это сплошные «досадные исключения».

Вот, скажем, образование льда на открытых водоёмах – которое, якобы, тоже сопровождается тепловым эффектом, только здесь эта «скрытая теплота плавления льда» должна выделяться. Пусть ветра нет, и – первая ночь со слабым морозом, скажем, минус три градуса. Процесс пошел! Подстановка справочных величин в уравнение теплового баланса для этого случая при допущении того, что вся «теплота кристаллизации» выделяется в воду под нарастающим льдом, даёт следующее: образование слоя льда толщиной 1 мм вызывало бы нагрев прилегающего слоя воды толщиной 1 мм на 70 градусов (а слоя воды в 0.5 мм – на 140 градусов – правда, уже при 100оС началось бы кипение). Впечатляет? Правда, мы здесь не учитывали конвекцию: в интервале от 0о до 4оС, более тёплая вода опускается, а более холодная поднимается. Но, даже в условиях такой конвекции, при наличии на поверхности воды источника тепла имел бы место соответствующий градиент температуры: у поверхности вода была бы теплее. В действительности же, типичный арктический профиль температуры в воде подо льдом чётко показывает: контактирующая со льдом вода имеет температуру, близкую к точке замерзания, а, по мере увеличения глубины (в пределах некоторого слоя), температура увеличивается [Ж1] – что свидетельствует об отсутствии потока тепла в воду от льда, даже от растущего. Океанологи давно заметили этот парадокс, поэтому они ухватились за успокаивающий их тезис о том, что, при нарастании льда – которое происходит, разумеется, снизу – «тепло кристаллизации… уходит через лёд в атмосферу» [Ж1]. Допустим, что это так. Но тогда нарастание слоя льда толщиной в 1 мм вызывало бы нагрев прилегающего слоя воздуха толщиной в 10 метров аж на 23 градуса. Резюме: образование льда на открытом водоёме закончилось бы, даже не успев как следует начаться. Но, в действительности-то, лёд нарастает!

Адвокаты «тепла кристаллизации» не смогли оспорить эти выкладки, проверить которые легко сможет семиклассник. Поэтому они придумали в ответ вот что: никаких, мол, последствий «тепло кристаллизации» не вызывает, потому что лёд-то нарастает очень медленно. Логика весьма своеобразная: абсурд, происходящий медленно, мы, мол, не признаём за абсурд; вот ежели он происходил бы быстро, тогда – другое дело. Ладно, вот вам хорошо воспроизводимый опыт. Из холодильника аккуратненько берётся бутылка переохлаждённого жидкого пива. Лёгкий шлепок по этой бутылке – и пиво в ней быстро, секунды за три, замерзает в ледяные хлопья. Из-за выделившегося «тепла кристаллизации», стеклянная бутылка нагрелась бы, по самым скромным подсчётам, на сотню градусов. А она остаётся холодной, как и была... Очень доходчиво!

И, вернёмся к плавлению. То, что плавление не нуждается в «скрытой теплоте» – с очевидностью проявляется в случаях образцов с хорошей теплопроводностью. «Те, кто смотрели киноэпопею «Властелин колец» - наверное, помнят последние секунды Кольца Всевластья. Оно упало в жерло «огнедышащей горы» – и вот оно лежит там, лежит… нагревается, нагревается… и, наконец – чавк! И вместо кольца – уже растёкшиеся капельки. Эта сценка создателям фильма очень удалась. Полное ощущение реальности! У золота хорошая теплопроводность, да и колечко было махонькое, поэтому оно прогревалось сразу во всём своём объёме. А, сразу во всём объёме нагрелось до температуры плавления – сразу и расплавилось, без лишних тепловых запросов» [Д3]. Когда в индукционных печах плавят металлический лом – например, алюминиевый – то он не плавится постепенно, по капельке. Наоборот, торчащие фрагменты начинают «плыть» и течь сразу по всему своему объёму. А вот сосульки тают постепенно, по капельке – потому что у льда плохая теплопроводность, и он не прогревается весь сразу. Но принцип тот же: что нагрелось до температуры плавления – то тут же и расплавилось.

А как обстоят дела с «тепловыми эффектами» при превращениях между жидкой и газообразной фазами? Всё тот же химик Блэк ещё «в 1762 г. открыл, что при переходе воды в пар поглощается некоторое количество теплоты, названной им «латентной теплотой испарения» [У2]. Но это «открытие», на наш взгляд, было основано на недоразумении: «некоторое количество теплоты» при долгом кипении воды требуется не на испарение, как таковое, а на поддерживание кипения – без чего кипение быстро прекращается.

Допустим, всё же, что для испарения воды требуется заимствование тепла из окружения – в частности, из остающейся воды, которая ещё не испарилась. В пользу охлаждения воды при испарении с её поверхности, приводят известный пример с измерителем влажности воздуха, на основе двух одинаковых термометров, у одного из которых шарик со ртутью обмотан влажной тряпочкой. При испарении воды с этой тряпочки, увлажнённый термометр показывает меньшую температуру, чем сухой. Но является ли эта разность показаний свидетельством о корректности справочного значения теплоты испарения воды?

Нальём в блюдце воды и дадим ей возможность испаряться. Пусть влажность воздуха невелика, и испарение происходит интенсивно. Будем считать, что лишь половина тепла, требуемого на испарение, приобретается за счёт охлаждения остающейся воды (а вторая половина – за счёт охлаждения окружающего воздуха). Пусть некоторое исходное количество воды находится при некоторой стартовой температуре. Какая часть от исходного количества воды должна испариться, чтобы оставшаяся часть оказалась бы охладжённой до 0оС? Ответ представляет нижняя зависимость на Рис.10.8. Можно возразить, что испарение происходит не мгновенно – при этом охлаждается и та вода, которая ещё успеет испариться. Допустим, что это так, и немного переформулируем задачу: какая часть воды должна испариться, чтобы, на половине теплового эффекта этого испарения, вся исходная вода могла бы охладиться до 0оС? Ответ представляет верхняя зависимость на Рис.10.8. Эта верхняя зависимость, для задачи об охлаждении воды из-за её частичного испарения, даёт завышенные цифры, а нижняя зависимость – заниженные; «правильные» цифры должны находиться где-то между этими двумя зависимостями. Но эти «правильные» цифры совершенно неадекватны реалиям. Кто когда-нибудь видел, чтобы, в обычных бытовых условиях, в результате испарения из блюдца всего 7% воды, оставшаяся вода оказалась ледяной? Не проявляется она, теплота испарения! А влажная тряпочка, с которой идёт испарение воды, охлаждается, на наш взгляд, совсем по другой причине. Жидкое состояние воды возможно, как мы полагаем, лишь при достаточном для этого количестве её молекул (8.8). В процессе испарения воды с тряпочки, уменьшаются размеры остающихся микрокапель – и, при достижении микрокаплей критического размера, происходит её скачкообразный переход в парообразное состояние. Можно сказать, что происходит взрывное испарение микрокапли, с резким расширением получившихся водяных паров – а, при расширении газа, он, как известно, охлаждается.

 

Рис.10.8

 

В [Д3,ВИД4] изложена логика тех горе-исследователей, с подачи которых наличие скрытых теплот агрегатных превращений до сих пор считается научной истиной. Тем, кто верит в эту «научную истину», напомним, что даже в холодильных установках, в которых используется испарение-конденсация хладагента, охлаждающий эффект достигается отчего-то не за счёт скрытых теплот этих агрегатных превращений, а за счёт понижения температуры хладагента в результате его дросселирования. Аналогично, никакие теплоты агрегатных превращений не задействованы и при работе тепловых насосов [Э3].

Вы всё ещё верите в реальность скрытых теплот агрегатных превращений?

 

 



Последнее изменение этой страницы: 2021-04-04; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.204.48.64 (0.009 с.)