А где симметрия?

Сообщение №60096 от mmarsrover 08 ноября 2009 г. 18:07
Тема: А где симметрия?

Нагревание вещества происходит всегда быстрее чем его охлаждение. Ну например, можно “взрывоподобно” нагреть 1кг металлической массы, но существуют ли физические процессы, которые б позволили за такой-же промежуток времени -- охладить его? Или это фундаментальные свойства Реальности запрещают подобную возможность.


Отклики на это сообщение:

> Нагревание вещества происходит всегда быстрее чем его охлаждение. Ну например, можно “взрывоподобно” нагреть 1кг металлической массы, но существуют ли физические процессы, которые б позволили за такой-же промежуток времени -- охладить его? Или это фундаментальные свойства Реальности запрещают подобную возможность.

Ну почему же, подобная возможность не запрещена. Например, закаливание стали: медленно нагреваем, быстро охлаждаем.

Динамика передачи тепла описывается дифференциальным уравнением, из которого следует, что скорость переноса тепла пропорциональна разности температур и теплопроводности. Поэтому если при нагревании разность температур и теплопроводность (металла) большая, то и скорость поступления тепла, соответственно, изменения разности температур (нагревания) большая. А при охлаждении воздухом разность температур может быть не столь большой, а уж теплопроводность - наверняка существенно меньше. При закаливании стали ситуация иная.

Симметрия - в уравнении. Ассиметрия - в параметрах уравнения, описыващих свойства системы.


> Нагревание вещества происходит всегда быстрее чем его охлаждение. Ну например, можно “взрывоподобно” нагреть 1кг металлической массы,..
Взрывоподопный нагрев возможен только в самореагирующих смесях (экзотермических), затвердевающих сплавах и то на это требуется время, а безвременно нагреть, т.е. наделить энергией какую-либо массу - невозможно!

...но существуют ли физические процессы, которые б позволили за такой-же промежуток времени -- охладить его? Или это фундаментальные свойства Реальности запрещают подобную возможность.

Всё зависит от расположения источника поставки теплоэнергии и её теплоотвода. Если тепло доставлять
извне от постоянной среды обмена теплом, через какое-либо сечение объекта и отводить его во вне и через это же сечение, то при одинаковом перепаде температур между объектом и средой обмена теплом -скорость теплообмена будет одинакова. Есть такая характеристика - тепловое сопротивление объекта, перхода сечения передачи теплоэнергии и т.п. - Rt=ΔT/ΔP [K/Вт], которая характеризует сопротивление зоны теплообмена теплопередаче, где ΔT - температурный перепад, развиваемый на участке энерготеплообмена, мощностью ΔP. Полагая для упрощения Rt=const можем записать, что ΔT=Rt*ΔP, где: Rt - есть свойство среды или контакта сечения обмена тепловой энергией и чем оно ниже, тем быстрее можно отвести или подвести теплоэнергию. Этот параметр, кстати, является весьма ходовым при характеризовании качества теплообмена между источниками тепла, например, полупроводниковыми ключами тока, в которых можно различать тепловое сопротивление самого ПП-кристалла, кристалла-основания ПП прибора, основания ПП прибора-охладителя (радиатора), радиатора-окружающая среда теплообмена. Если этот прибор имеет между ПП-кристаллом и основанием ещё и молибденовый или вольфрамовый термокомпенсатор, то различают ещё и большее кол-во тепловых сопротивлений сэндвича. Чем меньше показатель Rt, тем лучше теплоотвод и меньше перегревается горячая зона. Используют и обратные величины - проводимость.
Если же вопрос состоит в том, что как отвести тепло от всего объёма и быстро, то тут необходимо определяться с объёмом отводимой теплоэнергии при данной массе и теплоёмкости охлаждаемого объекта. Поскольку ΔW=c*m*ΔT, где: ΔT=ΔW/c*m, то стоит задача при данном энергосодержании W=const осуществить такое соотношение ΔT/t=ΔW/c*m*Δt, где желательно ΔT/Δt->0!, т.е. и ΔW/c*m*Δt->0! Здесь же: ΔW=const, c≈const, m=const и что делать? Конечно применяют при гелиевых температурах магнитное доохлаждение, но в высокотемпературной практике я такого не нашёл. В частных случаях, задача решаема, например, рассмотрением представления массы не как материальной точки, а реальнообъёмного образования, т.е. m=ρ*a*b*h, где: а,в,h - есть линейные размеры охлаждаемого объекта, ρ - плотность вещества объекта, например нагретого порошка и тогда есть смысл устремить одну из координат, например, h->0, т.е. данную массу сделать почти двумерной - рассыпав по теплопоглощающей поверхности, распределив контактную поверхность теплопередачи по теплоприёмной и и минимизировав взаимоперекрытия лучеиспусканий частиц порошка, улучшив условия допустимого обдува россыпи и пр. Но это не всегда возможно сделать с мономассами и вопрос теплоотведения - встаёт остро. При быстром теплоотведении (при закалке) тоже возникают свои проблемы, например, возникновения теплоизолирующей паровой подушки, всвязи с чем требуется быстро перемещать объект охлаждения в охлаждающей среде, применять высокотемпературные (на испарение) соли металлов, прибегать к поверхностно-каталитическим эндотермическим реакциям охлаждающей среды и ряду, ещё более тонких химико- и технологических ухищрений!
Тема весьма интересная, практическая и мне привелось в начале 70-х с ней столкнуться вплотную, когда я сумел изготовить СВЧ-установки по интенсивному и равномерному нагреву порошкообразной шихты люминофоров. Получить чудесно однородный грансостав, реализации способа мешало только то, что создать изотермические условия быстрого и равномерного охлаждения порошка я смог только в россыпях и в диспергированиях в жидких ваннах, что было приемлемо, скажем, для ламповых и кислородосодержащих люминофоров, а для других - приходилось за каждый плюс платить и усложнениями технологии!



Если представить процесс нагрева-охлаждения вещества, как выведение системы из “относительного” равновесия, а потом приведения ее (системы) в исходное равновесное состояние, то получается, что любое одноактное внешнее воздействие выводит систему из равновесия, тогда как отдача такого-же количества энергии -- уже имеет вероятностный характер и, следовательно, имеет большую протяженность во времени.
Смотри рис.Смоделируем Реальность в виде одинаковых маятников, колеблющихся в одной плоскости.

Пусть мы вывели маятник из равновесия одним ударом, и хотим отобрать полученный импульс приближая другой неподвижный маятник. Очевидно, что вероятность того, что импульс передастся в одном ударе нулевая.
А отсюда имеет смысл предположение, что процессы нагрева вещества идут быстрее, чем его охлаждения.


> > Нагревание вещества происходит всегда быстрее чем его охлаждение. Ну например, можно “взрывоподобно” нагреть 1кг металлической массы,..
> Взрывоподопный нагрев возможен только в самореагирующих смесях (экзотермических), затвердевающих сплавах и то на это требуется время, а безвременно нагреть, т.е. наделить энергией какую-либо массу - невозможно!
Взрывоподобный, без кавычек, нагрев металла можно произвести токами большой плотности.

> Если же вопрос состоит в том, что как отвести тепло от всего объёма и быстро, то тут необходимо определяться с объёмом отводимой теплоэнергии при данной массе и теплоёмкости охлаждаемого объекта. Поскольку ΔW=c*m*ΔT, где: ΔT=ΔW/c*m, то стоит задача при данном энергосодержании W=const осуществить такое соотношение ΔT/t=ΔW/c*m*Δt, где желательно ΔT/Δt->0!, т.е. и ΔW/c*m*Δt->0! Здесь же: ΔW=const, c≈const, m=const и что делать?

Эта проблема, скорее всего, будет и далее решаться в направлении усовершенствования технологий (уменьшения размера изготовляемой детали) и различных инженерно-технических изощрений.

А возможно ли при помощи электромагнитного поля принудительно уменьшать тепловые колебания молекул-атомов вещества во всей его массе.(магнитное доохлаждение) Достаточно мощные по напряженности электрические поля для диэлектриков и магнитные—для металлов, смогут-ли ограничить степени свободы заряженных частиц, и тем самым уменьшить температуру данного объема вещества за малый интервал времени?

Я Вам признателен за столь информативный и обширный ответ!


> Нагревание вещества происходит всегда быстрее чем его охлаждение. Ну например, можно “взрывоподобно” нагреть 1кг металлической массы, но существуют ли физические процессы, которые б позволили за такой-же промежуток времени -- охладить его? Или это фундаментальные свойства Реальности запрещают подобную возможность.

Расплав льют тонкой струйкой на холодный медный цилиндр, получая при этом металлические стёкла. Так что охлаждать можно тоже быстро..


> > > Нагревание вещества происходит всегда быстрее чем его охлаждение. Ну например, можно “взрывоподобно” нагреть 1кг металлической массы,..


> А возможно ли при помощи электромагнитного поля принудительно уменьшать тепловые колебания молекул-атомов вещества во всей его массе.(магнитное доохлаждение) Достаточно мощные по напряженности электрические поля для диэлектриков и магнитные—для металлов, смогут-ли ограничить степени свободы заряженных частиц, и тем самым уменьшить температуру данного объема вещества за малый интервал времени?

Наверное для этого понадобилось бы радиопрозрачность сопровождающих ИК-излучений у материала охлаждаемого объекта, а не фононная передача тепла наружу. Есть кое-какие старые догадки по этой задачке, но...так и оставшиеся в области догадок! В диэлектриках, особенно высокопроницаемых, создать поля высокой напряжённости, без тесного физконтакта металлических пластин, исключающего газовые прослойки - задача трудная, т.к. в цепочке диэлектриков: охлаждаемый диэлектрич. материал - газовые прослойки образуется своеобразный делитель напр. электрического поля и..., как правило, она оказывается почти вся приложена к газовым прослойкам и они начинают светиться релаксационными электроразрядами! В проводящих же материалах с магнитными полями несколько проще, если этот материал немагнитен или его температура выше точки Кюри, а вообще то сложно и энергоёмко создавать высоконапряжённые поля и на больших протяжённостях H=w*I/l, откуда I=H*l/w и...можно прикинуть, из любопытства! Итак, вопрос остаётся открытым!?


> Пусть мы вывели маятник из равновесия одним ударом, и хотим отобрать полученный импульс приближая другой неподвижный маятник. Очевидно, что вероятность того, что импульс передастся в одном ударе нулевая.

А маятник из равновесия Вы вывели одним ударом другого маятника?



> А маятник из равновесия Вы вывели одним ударом другого маятника?

Если серьезно то--да. Если термин один удар Вас вводит в заблуждение (субботний бокс дает накладку), с удовольствием заменяю его на соударение двух тел.


> > А маятник из равновесия Вы вывели одним ударом другого маятника?

> Если серьезно то--да. Если термин один удар Вас вводит в заблуждение (субботний бокс дает накладку), с удовольствием заменяю его на соударение двух тел.

Я совершенно серьезно, бокс здесь ни при чем (я даже не знаю, кто кого одним ударом ). Просто хотел обратить Ваше внимание на противоречие в Вашем рассуждении:
> > > Пусть мы вывели маятник из равновесия одним ударом, и хотим отобрать полученный импульс приближая другой неподвижный маятник. Очевидно, что вероятность того, что импульс передастся в одном ударе нулевая.

Вы закладываете ассиметрию и спрашиваете, где симметрия? Если Вы будете последовательным, то Вам следует признать, что вероятность вывести неподвижный маятник из состояния равновесия ударом другого маятника равна нулю.



> Вы закладываете ассиметрию и спрашиваете, где симметрия? Если Вы будете последовательным, то Вам следует признать, что вероятность вывести неподвижный маятник из состояния равновесия ударом другого маятника равна нулю.

Тут имеет место стандартная описательная процедура опыта. Может быть, из-за краткости теряет в наглядности, хотя и с картинкой.
И так: имеется некая модель в виде одинаковых маятников, расположенных в одной плоскости. Один из маятников получает импульс. Мы равномерно сближаем его с неподвижным маятником до момента соударения, а потом, подобным образом, удаляем его(далеко).Одним соудареним неподвижному маятнику передался определенный импульс Pвх. Теперь аналогично, на выходе приближаем к колеблющемуся маятнику другой неподвижный маятник до момента соударения. Из множества точек положения колеблющегося маятника, только одна способна передать весь имеющийся в маятнике импульс движения неколеблющемуся маятнику!
И вывод-- время "прихода" системы в состояние равновесия, всегда больше чем время выхода из равновесия.


>
> > Вы закладываете ассиметрию и спрашиваете, где симметрия? Если Вы будете последовательным, то Вам следует признать, что вероятность вывести неподвижный маятник из состояния равновесия ударом другого маятника равна нулю.

> Тут имеет место стандартная описательная процедура опыта. Может быть, из-за краткости теряет в наглядности, хотя и с картинкой.
> И так: имеется некая модель в виде одинаковых маятников, расположенных в одной плоскости. Один из маятников получает импульс. Мы равномерно сближаем его с неподвижным маятником до момента соударения, а потом, подобным образом, удаляем его(далеко).Одним соудареним неподвижному маятнику передался определенный импульс Pвх. Теперь аналогично, на выходе приближаем к колеблющемуся маятнику другой неподвижный маятник до момента соударения. Из множества точек положения колеблющегося маятника, только одна способна передать весь имеющийся в маятнике импульс движения неколеблющемуся маятнику!
В моменты энергообмена: при подведении энергии мы имеем одни условия подведения, где имеем одно и более низкое сопротивление канала подведения и условия демпфирования колебаний, вмешиваясь в процесс - условиями контакта, а затухание колебаний оставляем происходить в свободном режиме колебаний и без условий контакта. В электронике и электротехнике есть такое понятие - вносимое сопротивление - это к подобным ситуациям. Раскачивание внешними приводами чревато временным присоединением к качалке дополнительной массы, изменяющей период собственных колебаний и не дающей проявиться собственным резонансным колебаниям, характеризующимися ДОБРОТНОСТЬЮ кол. системы, т.е. колебания навязываются вынужденные и...естественно быстро! Оставляя объект колебаться изолированно, с энергопотерями только на трение в подвесе и воздухе мы даём объекту с наивысшей добротностью, определяемой отношением накопленной энергии к рассеиваемой. Естественно, что это отношение будет очень велико и объект будет долго колебаться! Козьма Прутков говаривал, что зрить надо в корень. Правильному рассмотрению процесс можно подвергнуть только при умении смотреть дифференциально и интегрально, не забывая о реактивности всех видов движений, т.е. о условиях контактов со внешними объектами!


> И вывод-- время "прихода" системы в состояние равновесия, всегда больше чем время выхода из равновесия.

Нет, вывод неверный, т.к. учитывает только наличие ограниченности методов теплоотведения и забывается, что методы подведения энергии есть индуцирующие, неконтактные, а отвода тепла: контактные и излучением (в области высоких температур). Т.е. необходимо говорить не о асимметрии каких-либо энергообменных характеристик вещественных масс, а об ассиметрии методов осуществления подвода и отвода энергии, а отсюда, естественно, вытекает асимметрия асимметрия энергообменных характеристик, но уже каналов подведения и отведения тепла!


Физика в анимациях - Купить диск - Тесты по физике - Графики on-line

Реклама:
Rambler's Top100