|
|
А.В. Косарев
ПРЕДИСЛОВИЕ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ
ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ЭФФЕКТ ВЫРОЖДЕНИЯ РЕЗУЛЬТИРУЮЩЕГО ИМПУЛЬСА В МНОГОЧАСТИЧНОЙ СРЕДЕ
1.1. Нецентральное соударение - причина вырождения результирующего импульса
1.2. Эффект вырождения импульса как механизм реализации закона роста энтропии
1.3. Параметр энтропия
1.4. Выводы из главы-1
Глава 2. ПОТОКИ ЭНЕРГИИ УМОВА-ПОЙНТИНГА КАК ОСНОВА ДИССИПАТИВНЫХ СТРУКТУР И ПРИЧИНЫ ИХ ВОЗНИКНОВЕНИЯ
2.1. Термодинамические силы и термодинамические потоки
2.2. Единство динамики
2.2.1. Динамика детерминистских явлений
2.2.2 Динамика статистических явлений (статистическая механика)
2.2.3. Динамика эволюционных явлений
2.3.Выводы из главы - 2
Глава 3. ДИССИПАТИВНЫЙ ПОРОГ МНОГОЧАСТИЧНОЙ СИСТЕМЫ И ПОВЕДЕНИЕ СИСТЕМЫ ПО РАЗНЫЕ СТОРОНЫ ОТ ПОРОГА
3.1. Диссипативный порог
3.2. Поведение термодинамической системы по разные стороны диссипативного порога
3.3. Коридор и конечная предопределённость эволюции
3.4. Выводы из главы-3
Глава 4. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ НЕОБРАТИМОСТЬ И СТРЕЛА ВРЕМЕНИ
4.1. Время в динамике процессов
4.2. Время в эволюции событий
4.3. Формирование стрелы времени
4.4. Выводы из главы - 4
Глава 5. ПРИМЕРЫ ДИССИПАТИВНЫХ СТРУКТУР И ИХ ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ДИНАМИКИ ЭВОЛЮЦИИ
5.1. Газовый поток на выходе из компрессора
5.2. Ламинарное и турбулентное движение, ячейки Бенара
5.2.1. Ламинарный поток как структура скользящих относительно друг друга слоев
5.2.2. Природа и механизм возникновения вихрей турбулентности...
5.2.3. Ячейки Бенара. Природа и механизм возникновения
5.3. Фононный поток через тонкую кристаллическую стенку
5.4. Конусная поверхность
5.5. Выводы из главы - 5
Глава 6. ИМПУЛЬСНАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ В ТРАКТОВКЕ ТЕМПЕРАТУРЫ
6.1. Устоявшиеся представления о механическом аналоге температуры
6.2. Импульсная трактовка температуры
6.3. Первый эксперимент
6.4. Моделирование равновесного состояния исходя из распределения Максвелла с целью выявления механического аналога температуры
6.5. Второй эксперимент
6.6. Температурные эффекты в свете новых представлений
6.7. Выводы из главы -6
Глава 7. ПРИРОДА КОМПЕНСАЦИИ ЗА ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ТЕПЛА В РАБОТУ
7.1. Природа компенсации
7.2. Понятия видов работ и параметра энтальпия в классической термодинамике
7.3. Условия применения цикла Карно в качестве мерила эффективности преобразования тепла в работу
7.3.1. Принципиальное условие применения формулы Карно
7.3.2. Пределы применимости формулы Карно при расчёте термического КПД циклов
7.3.3. Термический КПД предельного регенеративного цикла Гемфри (регенеративного цикла Ленуара)
7.3.4. "Рассуждение Клаузиуса о двух сопряжённых машинах Карно"
7.4. Технологический тупик теплоэнергетики
7.5. Выводы из главы - 7
Глава 8. ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ
8.1. Регенеративный цикл Ленуара
8.1.1. Тепловой расчёт регенеративного цикла Ленуара
8.2. Сильфонно поршневой двигатель
8.3. Тонкоплёночная термопарная поверхность
8.4. Принципиальные схемы работы СП двигателя и ТПТП на естественных перепадах температур
8.5. Теоретические основы энергоинверсионных циклов
8.5.1. Энергоинверсионный цикл бескомпрессорной газотурбинной установки со вспомогательным регенеративным контуром
8.5.2. Энергоинверсионный цикл на базе сильфонно-поршневого двигателя
8.5.3. Энергоинверсионный цикл на базе ТПТП
8.6. Выводы из главы - 8
Глава 9. ЖИВАЯ ПРИРОДА - МИР ДИССИПАТИВНЫХ СТРУКТУР
9.1. Производство кооперативных векторных потоков в клетке
9.1.1. Митохондрия как биологический двигатель внутреннего сгорания
9.1.2. Роль мембранной системы в процессах производства кооперативных потоков
9.1.3. Причины и механизм деления ДНК
9.2. Онтогенез, влияние диссипативного порога на рост и развитие
9.2.1. От зарождения до взрослого организма
9.2.2. Старение и смерть
9.3. Филогенез
9.3.1. Пред биологический период и ранние стадии эволюции
9.3.2. Роль диссипативного порога в филогенезе
9.3.3. Коридор биологической эволюции
9.4. Фононная природа нервного импульса
9.4.1. Представления Ходжкина о нервном импульсе как электрическом импульсе
9.4.2. Представления Семенова С.Н. о фононной природе нервого импульса
9.4.3. Идеи Семёнова С.Н. о фононной природе нервного импульса в свете динамики эволюции
9.5. Термо- гидродинамический механизм сокращения и расслабления саркомера
9.5.1. Термо- гидродинамический компонент сокращения мышечного волокна и роль упруго-эластичных структур при его расслаблении
9.5.2. Механизмы обеспечения метаболической активности мышечной ткани
9.6. Противоречия между классической термодинамикой и экспериментальной биологией
9.6.1. КПД Карно и КПД черепахи
9.6.2. Термофилы и второй закон
9.7. Выводы из главы - 9
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
Светлой памяти матери посвящается. Анне Ильиничне Косаревой - источнику моей веры, вдохновения и упорства. Безмерна печаль моя от мысли, что не могу поделиться с ней радостью завершения этого долгого труда. Прости меня, мама. Не успел.
ПРЕДИСЛОВИЕ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ
Исторически сложилось так, что при рассмотрении процессов в неравновесных термодинамических системах в тени остаётся один из самых фундаментальных законов природы - закон сохранения результирующего импульса. В молекулярно - кинетической теории строения вещества закон сохранения импульса рассматривается при частных актах взаимодействия, но не как системный закон. Место этого закона прочно занимает второй закон термодинамики.
В главе 1 вскрыт эффект выровдения результирующего импульса в много частичной среде как носителя связанной с ним кинетической энергии. Показано, что второй закон термодинамики (закон роста энтропии) есть следствие действия эффекта выровдения результирующего импульса в много частичной среде.
В главе 2 показывается природа термодинамических сил и связь между динамикой малого числа частиц и динамикой несчётного числа частиц.
В главе 3 вводится понятие диссипативного порога многочастичной системы. Рассматривается поведение неравновесной многочастичной системы находящейся по разные стороны от диссипативного порога, определяющего характер эволюции данной системы.
В главе 4 приводятся примеры различных диссипативных структур и рассматривается их поведение с точки зрения динамики эволюции. Для биологов может представлять интерес пример биологических структур, в котором рассматривается возникновение движущих сил и векторных потоков энергии в биосистемах, условия функционирования и разрушения биологических структур.
В главе 5 рассматривается природа компенсации за преобразование тепла в работу. Показано, что это явление не связано с законом роста энтропии, а связано с действием сил гравитации.
В главе 6 описаны технические приложения, полученные на основе исследований, изложенных в предыдущих главах. Изобретения защищены патентами.
В заключение автор выражает искреннюю благодарность д.т.н., профессору Власову В.В., д.ф-м.н., профессору Знамцеву Ю.М., д.ф- м.н., профессору Коновалову В. К. за рецензирование работы и ценные замечания, учтённые при формировании и изложении материала.
Автор глубоко признателен руководителю ООО "МОСТ-ГАЗ" Мостовому Андрею Валерьевичу за помощь в издании книги.
ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ
Со времени выхода первого издания прошло более десяти лет. За это время накопился новый исследовательский материал, получены патенты на новые изобретения. В связи с этим появилась необходимость переработки и внесения дополнительного материала. Были включены две новые главы: глава 4 "Термодинамическая необратимость и стрела времени" и глава 6 "Импульсная составляющая в трактовке температуры". Материал, касающийся биологических диссипативных структур, из-за большого объёма и специфических особенностей был вынесен в отдельную главу. Автор выражает искреннюю благодарность д.б.н., профессору Русанову A.M. за рецензирование материалов включенных в главу 9 "Живая природа - мир диссипативных структур".
Особую благодарность автор выражает коллективу и руководству редакции, взявших на себя труд и расходы по переизданию монографии. Трогает и воодушевляет тот факт, что редакция сама вышла ко мне с предложением о переиздании по рекомендации моего коллеги Германа Трещалова, которому я так же выражаю свою благодарность.
ВВЕДЕНИЕ
Во введении к очерку неравновесной термодинамики под названием "Самоорганизация и хаос" профессор МГУ Осипов А.И. пишет: "Среди великих научных достижений 19 века два удивляют своей противоположной направленностью. Это эволюционная теория Ч. Дарвина и феноменологическая термодинамика. Первая обосновала развитие живой материи от низших форм к высшим, т.е. усложнение организации в процессе эволюции. Вторая предсказывает дезорганизацию или разрушение изначально заданной структуры в изолированной системе при эволюции к равновесию. Таким образом, эволюционная идея в 19 веке возникла в двух прямо противоположных формах - в виде теории "создания структуры" Ч. Дарвина и теории "разрушения структур", которой, в сущности, является классическая термодинамика. Обе эти теории подтверждены огромным числом экспериментальных фактов, однако прямой связи между ними нет. Вместе с тем они отражают единую физическую реальность, но только соответствуют различным её проявлениям" [77]. В предлагаемой работе делается попытка найти прямую связь между двумя противоположными направлениями эволюции в неравновесной диссипативной среде, как проявление единой физической реальности находящейся по разные стороны от диссипативного порога. Для лучшего взаимопонимания оговорим исходные понятия, хотя автор не вкладывал в них ни чего большего, чем в литературе по означенной тематике. Исключение составляет только понятие диссипативного порога, на чём подробно остановимся в дальнейшем.
Под диссипативной, или многочастичной, или тоже самое, термодинамической средой (системой), понимается среда, состоящая из огромного (не счётного) числа частиц, в той или иной степени взаимодействующих между собой и с внешней средой. Причём частицы являются физическими объектами, имеющими конечные размеры. Неравновесная диссипативная среда - среда, в которой имеется какая-либо разность потенциалов: разность температур, давлений, электрического напряжения, химических потенциалов, т.е. обязательно наличие в среде градиента потенциальной энергии. Диссипативные системы делятся на закрытые и открытые, причём открытые системы понимаются как подсистемы закрытых или как системы, взаимодействующие с окружающей средой, с соблюдением законов сохранения.
Диссипативными силами называются силы, направленные против кооперативного (совместного) движения, например силы трения в газе и жидкости или твёрдых тел друг о друга. Эти силы производят работу против кооперативного, совместного движения и переводят кинетическую энергию совместного направленного движения в тепловую, хаотическую форму. Перевод кооперативной кинетической энергии в тепловую, диссипативными силами и называют диссипацией, иногда термолизацией.
В многочастичной среде возможно формирование диссипативных структур, представляющих собой совокупность двух видов структур: статических и динамических. В статической структуре частицы между собой связаны достаточно жёстко и могут колебаться возле положения равновесия относительно окружающих частиц, и при воздействии сил на такую структуру частицы выступают в основном как единое целое, например кристалл. Динамическая диссипативная структура возникает под воздействием сил при определённых условиях в среде свободных или слабосвязанных частиц, когда каждая частица может достаточно свободно менять положение относительно других частиц, например гидродинамический поток.
Под релаксацией понимается всякое устранение неравновесности, устранение разности потенциалов в диссипативной среде. В главе 1 и 2 я пытаюсь показать, что релаксация в неравновесной системе происходит через возникновение кооперативного движения и последующую диссипацию этого движения.
Под самоорганизацией, или тоже самое синергетикой, понимается возникновение совместного (кооперативного) движения огромного числа частиц. Наиболее характерной особенностью кооперативного движения в диссипативной среде с точки зрения динамики является присущий ему результирующий импульс.
Потоком энергии Умова-Пойнтинга через заданное сечение называется количество кинетической энергии, переносимое частицами через это сечение в единицу времени. Поток энергии характеризуется мощностью и плотностью потока энергии или вектором Умова- Пойнтинга. Речь идёт о кинетической энергии т.к. потенциальная энергия зависит от состояния массы и поэтому при учёте потенциальной энергии теряется однозначность понятия - поток энергии. К тому же поток энергии не всегда сопровождается потоком массы, масса при этом может совершать колебательные движения возле состояния равновесия. Поток энергии обладает импульсом или квазиимпульсом.
Под центральным соударением понимается ситуация, при которой направление векторов скоростей частиц совпадает с линией проходящей через центры частиц, центры их силовых полей. В противном случае соударение - нецентральное.
Новыми и наиболее существенными моментами данной работы являются эффект вырождения результирующего импульса, механизм производства кооперативных потоков энергии в термодинамических системах, понятие диссипативного порога и природа компенсации за преобразовании тепла в работу. Именно эти моменты проходят красной линией через весь материал книги
Полный текст доступен в формате PDF (17562Кб)
А.В. Косарев, Динамика эволюции неравновесных диссипативных сред // «Академия Тринитаризма», М.,
 |