Термин «Тепло» человеку интуитивно абсолютно понятен с самых древних времён и первоначально относился к самому человеку, его комфортному состоянию, его отношениям с другими людьми (тёплые слова, душевное тепло и тому подобное), а также, к окружающей человека атмосфере (теплая или холодная погода и так далее).
По мере развития науки человек задумался, а что же такое тепло, как и чем его измерять, откуда оно появляется, какие факторы влияют на его изменение и как его использовать. Безусловно, с тех пор человек далеко продвинулся в своих изысканиях, и теперь термин «тепло-» входит в такие устоявшиеся научные понятия, как поток тепла, теплоёмкость, теплота фазового перехода, теплота химической реакции, теплопроводность и прочее.
Данная статья посвящена исследованию понятия «Теплота» в физическом и только в физическом аспекте.
Немного истории.
Что такое теплота? Этот вопрос задавали себе еще древнегреческие и древнеримские мыслители. Римский поэт Лукреций (I век до нашей эры) писал в поэме «О природе вещей»: «Теплота - такое редкое тело, что между ее частицами движется множество частиц воздуха».
Этот взгляд на теплоту как на особого рода тончайшее вещество продержался в мировой науке почти до середины XIX века. Называли это предполагаемое вещество «теплород» или «теплотвор». Вот что писал в 1825 году московский профессор Двигубский в своем учебнике физики: «Теплотвор или теплотворная материя есть жидкость, чрезвычайно тонкая и упругая, невидимая и невесомая, проникающая все тела, расширяющая их и изменяющая».
В науке XVIII века существование невесомых жидкостей («флюидов») считалось бесспорным. Физика признавала не только «теплород», но и электрическую, магнитную, световую жидкости и т.д. Знаменитый французский химик Лавуазье (вторая половина XVIII века) поместил свет и теплоту в список химических элементов наряду с водородом и кислородом.
В середине XIX века механическая теория теплоты, согласно которой теплота есть движение молекул, одержала полную победу. В этом деле большую роль сыграли наблюдения над превращением работы в теплоту и теплоты в работу.
Большую роль в развитии физического понятия теплоты сыграла наука «термодинамика», краткую историю развития которой приводим далее.
История теплоты, как физического термина, начинается с понятия «флогистон». Термин «флогистон» введён в 1667 году Иоганном Бехером и в 1703 году Георгом Шталем, чтобы дать объяснение процессов горения и переноса тепла от горячих тел к холодным. Флогистон представляли как невесомый флюид, улетучивавшийся из вещества при сжигании. Теория флогистона давно опровергнута современной наукой. Однако, понятие «флогистон», как невесомый поток тепла, было весьма продуктивным. Опираясь на это понятие, физики вывели уравнение теплопроводности. Флогистон, как мы видим, уже тогда внес свой важный вклад в развитие термодинамики.
Благодаря последующим исследованиям Лавуазье, Бертоле и других ученых химические и термодинамические явления получили новые объяснения без использования понятия «флогистон». Этот термин надолго покинул науку.
Потребность в термодинамике стала очевидной с момента создания первых паровых машин. Исследования Карно подтолкнули развитие традиционной классической термодинамики. Дальнейшие экспериментальные исследования показали, что все вещества состоят из частиц (атомов и молекул). Это был важный шаг от флогистона к новому пониманию микроявлений и процессов в термодинамике.
В дополнение к макроскопическому (детерминированному) описанию тепловых явлений возникла молекулярно-кинетическая теория (МКТ), претендовавшая на более глубокое объяснение. Эта теория возникла благодаря исследованиям Р. Клаузиуса (Готлиб), У. Томсона, которые внесли вклад в создание теории идеального газа. Позже в развитие молекулярно-кинетической теории внесли свою долю выдающиеся ученые Дж. Максвелл, Д. Джоуль, Л. Больцман и другие.
Термодинамика.
Классическая термодинамика - обширная наука о тепловых явлениях, в которых никогда не учитывается молекулярное строение рабочих тел. Это проблема химии. Состояние любой макросистемы изначально задается макроскопическими термодинамическими показателями, характеризующими ее основные свойства. Обычно ключевыми терминами в термодинамике выступают: температура физического тела, давление со стороны внешней среды, объем и внутренняя энергия.
Молекулярно-кинетическая теория (МКТ) это дополнительная ветвь термодинамики (раздел статистической физики). Ее задачей является более детальное объяснение явлений на основе модели хаотического движения молекул. Статистическая физика даёт объяснение термодинамики многих реальных систем: идеальных газов, реальных газов, квантовых газов, простых конденсированных сред (например, идеальных кристаллов, спиновых цепочек). В частности, она даёт явные соотношения для понятий, используемых в термодинамике: энтропии, термодинамической работы, внутренней энергии и объясняет закон неубывания энтропии. Молекулярно-кинетическая теория опирается на модель идеального газа.
Внутренняя энергия термодинамической системы может изменяться двумя способами: посредством совершения работы над системой и посредством теплообмена с окружающей средой. Энергия, которую получает или теряет система (тело) в процессе теплообмена с окружающей средой, называется количеством теплоты́ или просто теплотой. Теплота — это одна из основных термодинамических величин в классической феноменологической термодинамике. Количество теплоты входит в стандартные математические формулировки первого и второго начал термодинамики (Википедия).
Для изменения внутренней энергии системы посредством теплообмена также необходимо совершить работу. Однако это не механическая работа, которая связана с перемещением границы макроскопической системы. На микроскопическом уровне эта работа осуществляется силами, действующими между молекулами на границе контакта более нагретого тела с менее нагретым.
Фактически при теплообмене энергия передаётся посредством электромагнитного взаимодействия при столкновениях молекул. Поэтому с точки зрения молекулярно-кинетической теории различие между работой и теплотой проявляется только в том, что совершение механической работы требует упорядоченного движения молекул на макроскопических масштабах, а передача энергии от более нагретого тела менее нагретому этого не требует. Энергия может также передаваться излучением от одного тела к другому и без их непосредственного контакта.
Энергия, необходимая для фазового перехода единицы массы вещества, называется удельной теплотой фазового превращения. В соответствии с физическим процессом, имеющим место при фазовом превращении, могут выделять теплоту плавления, теплоту испарения, теплоту сублимации (возгонки), теплоту перекристаллизации и т. д. Фазовые превращения идут со скачкообразным изменением энтропии, что сопровождается выделением или поглощением тепла, несмотря на постоянство температуры.
О терминах «теплота», «количество теплоты», «тепловая энергия».
Многие понятия термодинамики возникли в связи с устаревшей теорией теплорода, которая сошла со сцены после выяснения молекулярно-кинетических основ термодинамики. С тех пор они используются и в научном, и в повседневном языке. Хотя в строгом смысле теплота представляет собой один из способов передачи энергии, и физический смысл имеет лишь количество энергии, переданное системе, слово «тепло-» входит в такие устоявшиеся научные понятия, как поток тепла, теплоёмкость, теплота фазового перехода, теплота химической реакции, теплопроводность и пр. Поэтому там, где такое словоупотребление не вводит в заблуждение, понятия «теплота» и «количество теплоты» синонимичны. Однако этими терминами можно пользоваться только при условии, что им дано точное определение, не связанное с представлениями теории теплорода, и ни в коем случае «количество теплоты» нельзя относить к числу первоначальных понятий, не требующих определения. Поэтому некоторые авторы уточняют, что во избежание ошибок теории теплорода под понятием «теплота» следует понимать именно способ передачи энергии, а количество переданной этим способом энергии обозначают понятием «количество теплоты». Рекомендуется избегать такого термина, как «тепловая энергия», который по смыслу совпадает с внутренней энергией (Википедия).
Положение о том, что энергия может превращаться только в энергию же, является одним из основных следствий закона сохранения и превращения энергии. Открытие этого закона и открытие механического эквивалента тепла нанесли окончательный удар теории «теплорода» и обеспечили торжество механической теории тепла.
На вопрос, что такое теплота, физика дала в середине XIX века следующий ответ: теплота есть движение молекул. Итак, теплота связана с механическим движением молекул, но она представляет собой особую форму движения материи. Она обладает специфическими, только ей присущими закономерностями, которые нельзя вывести целиком из законов механики.
Научная истина относительна. Это значит, что наука на разных этапах развития все лучше познает природу, все лучше отражает в своих законах и положениях объективный мир. По мере развития науки мы через относительные, неполные истины все ближе подходим к правильному познаванию природы.
Вероятно, также следует относиться и к термодинамическому понятию теплоты, так как законы термодинамики (1-ый, 2-ой и 3-ий) признаны неточными, а вернее, неправильными (смотри статью на форуме «Законы физики. Часть 1. Основные законы (Физика) от 28.05.2025»).
Приведём эти три основополагающих законов термодинамики.
Первый закон термодинамики – Закон сохранения энергии. Он утверждает, что энергия не исчезает и не возникает из ничего, а только преобразуется из одной формы в другую.
Второй закон термодинамики описывает направленность процессов. Он говорит о том, что при любом спонтанном процессе энтропия (мерило беспорядка) системы всегда увеличивается или остается постоянной.
Третий закон термодинамики утверждает, что по мере достижения абсолютного нуля температуры (0 K) энтропия системы стремится к минимальному значению. Это значит, что при абсолютном нуле все молекулы находятся в самом организованном состоянии, и движения прекращаются.
Как уже было сказано, все эти законы неверны. Первый закон неверен потому что, в такой системе, как Вселенная, энергия и исчезает, и появляется, причём по мере развития Вселенная всё больше наполняется энергией. Второй и третий законы неверны, потому что для Вселенной отсутствует понятие «энтропия». И я не одинок в этом мнении. В своей статье «Что такое теплота?» авторы Кулигин В.А., Корнева М.В., Кулигина Г.А. пишут: Молекулярно-кинетическая теория (МКТ), если даже не будет отвергнута, то все равно потеряет доминирующую роль в термодинамике. Это обусловлено тем, что доля кинетической энергии по сравнению с потенциальной внутренней энергией мизерна. Исчезнет необходимость в использовании термина «энтропия», а о так называемой «тепловой смерти вселенной» будут вспоминать только в анекдотах.
Кроме того, в Космосе при абсолютном температурном нуле происходит рождение элементарных частиц, образование атомов, появление молекул и формирование космической «пыли», которая начинает поглощать электромагнитную энергию, то есть образуется «теплота». То есть, «жизнь» при абсолютном нуле просто кипит, что ещё раз говорит о неверности, неправильности третьего закона термодинамики.
В принципе, все теории, законы и прочее, связанные с электромагнитной энергией и придуманные учёными Земли, имеют такой мизерный, по сравнению со Вселенной, объём рассмотрения, что не могут быть верными в масштабах Вселенной.
Но надо признать, что на сегодняшний день в научном мире Термодинамика является единственной научной дисциплиной, объясняющей, что такое Теплота. По крайней мере, поиск в Интернете по запросу «Альтернативные теории теплоты» не дал никаких результатов.
Поэтому предлагаю к рассмотрению новую версию понятия, что такое Теплота, основанную на информации Ю-нета (всемирной или вселенской базы знаний).
Альтернативная версия понятия «Теплота».
Теплота – это энергия, обычная электромагнитная энергия, создаваемая электромагнитным полем Вселенной и передаваемая посредством его электромагнитного излучения, представляющего собой квантованный набор электромагнитных волн, часть из которых мы называем светом. Никакой отдельной «тепловой» энергии не существует. Также не существует понятия «количества теплоты».
Как появляется теплота?
Рассмотрение понятия теплоты начнём с глубокого космоса с его абсолютным температурным нулём (0 К). Именно в этих условиях начинается процесс создания Материи посредством последовательного формирования фундаментальных частиц, далее – составных частиц и кварков, и затем образование из всех этих частиц «кирпичиков» Материи – атомов.
В дальнейшем, идёт процесс появления мельчайших структур Вещества - молекул и образования из них так называемой «космической пыли». Одновременно с возникновением «космической пыли» идёт процесс формирования так называемой «Сенсорной Материи», заключающийся в появлении вокруг элементов космической пыли, состоящих из вещества, так называемых «сенсорных оболочек», образованных из группы специальных сенсорных фундаментальных частиц, сформированных ими составных частиц и кварков.
Именно на этом уровне появляется понятие теплоты, то есть, ещё никаких планет и звёзд не существует, а космическая пыль начинает поглощать излучение электромагнитного поля Вселенной, и таким образом, её температура начинает расти. Так появляется теплота.
Необходимо также отметить, что под действием гравитационных сил в дальнейшем космическая пыль прессуется в такие структуры, как астероиды и планеты. А с увеличением размеров материальных структур растёт и их тепловое наполнение.
Излучение электромагнитного поля Вселенной осуществляется не непрерывными волнами, а порциями энергии, называемыми «квантами». Квант – это не материальное образование, квант – это замкнутая сама на себя часть, или порция, энергии электромагнитного поля Вселенной.
Квант представляет из себя сферу диаметром 10^-38 м, состоящую из набора замкнутых электромагнитных волн разной длины. Внутри квант пустой (полый), все электромагнитные волны замкнуты на поверхности сферы. Все электромагнитные кванты, излучаемые ЭМ полем Вселенной, одинаковы. Разницу в строении имеют только отражённые или вновь образованные ЭМ кванты, и эта разница заключается в уменьшенном наборе замкнутых ЭМ волн.
Так как повышение температуры связано с увеличением теплоты, или поглощённой электромагнитной энергии, то возникает естественный вопрос, а что же в материальном теле накапливает эту электромагнитную энергию.
Фундаментальные частицы не имеют возможности накапливать ЭМ энергию.
Составные элементарные частицы также не имеют возможности накапливать ЭМ энергию.
А вот кварки имеют такую возможность.
Вкратце напомним, что такое кварки. Все кварки состоят из 3-х фундаментальных частиц – положительной, отрицательной и магнитной. Просто объединить 2 (две) частицы с разными электрическими зарядами нельзя, они тут же аннигилируют. Магнитная частица служит связующим звеном и является изолятором между электрическими частицами. Электрические частицы стыкуются к полюсам магнитной частицы, причём, электрические заряды могут быть разной величины. Таким образом, у кварка, кроме собственного магнитного поля, появляется собственное электрическое поле, силу которого определяет меньший заряд. У кварка появляется такой же спин, как у магнитной частицы, однако знак спина зависит от того, какая частица (положительная или отрицательная) пристыковалась к северному полюсу (или южному). В образовании кварков участвуют частицы первой, второй и третьей групп, причем, кварк формируется из частиц только одной группы. Всего формируется 44 (сорок четыре) разновидности кварков: 4 (четыре) кварка из частиц 1-ой группы, 14 (четырнадцать) кварков из частиц 2-ой группы и 26 (двадцать шесть) кварков из частиц 3-ей группы. О делении элементарных частиц на группы можно прочитать в теме «Этажи Мироздания. Часть 2.1. Второй этаж. Частицы (Философия)» от 2024-03-14. Также напомню, что в создании кварков участвуют только фундаментальные частицы.
Кварки 1-ой группы участвуют в формировании внешних оболочек атомов, кварки 2-ой группы участвуют в формировании оболочек ядер атомов, а кварки 3-ей группы участвуют в формировании сенсорных оболочек вещественных тел (структур).
Когда квант ЭМ энергии попадает в кварк, он поглощается этим кварком, увеличивая таким образом общую энергию и температуру кварка, то есть, повышая теплоту структуры, в которую встроен этот кварк. Учитывая соотношение размеров кванта ЭМ энергии (10^-38 м) и кварка (от 10^-30 м до 10^-27 м), кварк в состоянии поглотить достаточно большое количество квантов ЭМ энергии.
Необходимо отметить, что сущность кварков в материальном мире заключается в поглощении ЭМ энергии и увеличении, таким образом, общей энерговооружённости и теплоты материальной структуры. Других элементов, поглощающих ЭМ энергию и увеличивающих общую теплоту, в материальных структурах нет.
Известно, что вещественные материальные структуры состоят непосредственно из тела, состоящего из вещества, и окружающей его сенсорной оболочки, по старинке в учёном мире называемой тёмной материей. Ситуация такова, что в кварки, входящие в состав вещества, могут накапливать и терять ЭМ энергию, а кварки, входящие в состав сенсорных оболочек, могут накапливать, терять ЭМ энергию, а также, испускать её в виде квантов. К сожалению, пока нашими учёными сенсорная материя не открыта и не изучена.
Известно, что жидкости и газы не имеют сенсорных оболочек, поэтому поглощение, потеря и испускание электромагнитной энергии в жидкостях и газах осуществляется с помощью кварков, присутствующих в атомах химических элементов, образующих молекулы этих жидкостей и газов.
Отдельный вопрос о плазме. Плазма – это специфический вид материи, представляющей собой очень сильно нагретый расплав, состоящий из частиц и атомов. За поглощение, потерю и испускание электромагнитной энергии в плазме также отвечают кварки, входящие в её состав.
Отметим также и огромную роль звёзд в тепловом наполнении планет.
Таким образом, постулат термодинамики, что теплота связана с движением молекул, несостоятелен. Теплота связана с поглощением материальными телами электромагнитного излучения.
С уважением, Vasin.
- Код ссылки на тему, для размещения на персональном сайте | Показать
