|
Первый закон термодинамики переписан
|
|
|
|
Первый закон термодинамики претерпевает масштабную реконструкцию. Команда исследователей из Университета Западной Вирджинии, возглавляемая исследователями из Университета Западной Вирджинии, опубликовала статью, в которой подробно описывается, как фундаментальный закон может быть применен более широко, чем когда—либо прежде, - открытие, которое потенциально может изменить наше понимание сложных энергетических систем.
|
|
|
|
Первый закон термодинамики - один из основополагающих законов физики. Даже если вы не любитель физических исследований, вы, возможно, слышали упрощенную версию: энергию нельзя ни создать, ни уничтожить, но ее можно преобразовать в различные формы.
|
|
|
|
“Предположим, вы нагреваете воздушный шар”, - сказал Пол Кассак, ведущий автор статьи, в пресс-релизе. “Первый закон термодинамики говорит вам, насколько сильно расширяется воздушный шар и насколько горячее становится газ внутри него. Суть в том, что общее количество энергии, заставляющей баллон расширяться, а газ нагреваться, совпадает с количеством тепла, которое вы вкладываете в баллон”.
|
|
|
|
Этот закон был невероятно полезным инструментом для физиков с момента его открытия в 1850-х годах. Но есть одна загвоздка — исторически он срабатывал только тогда, когда все находится в состоянии термодинамического равновесия или близко к нему. По сути, это означает, что температура системы постоянна во всем. Здесь нет больших горячих и холодных точек; все они в основном имеют одинаковую температуру, а это значит, что все они потребляют практически одинаковое количество энергии.
|
|
|
|
|
|
|
И поскольку сейчас уже не 1850 год, и мы пытаемся ответить на более подробные вопросы об окружающей нас Вселенной, исследователи уже давно пытаются найти способ применить первый закон к системам, которые не находятся в равновесии. Хотя в повседневной жизни вам, возможно, не придется сталкиваться со многими из этих систем, они очень распространены во Вселенной в таких веществах, как космическая плазма, и встречаются повсюду - от хвостов комет до внешних слоев звезд.
|
|
|
|
Прорыв для этой команды исследователей произошел в результате проведения большого количества сложных математических расчетов. По сути, преобразование энергии в системах, находящихся в термодинамическом равновесии, может быть почти полностью описано их плотностью и давлением.
|
|
|
|
Но характер преобразования энергии в более сложных системах определяется гораздо большим, чем просто плотность и давление.
|
|
|
|
“Вне равновесия первый закон термодинамики по-прежнему описывает преобразование энергии только в ходе процесса, который изменяет плотность и температуру”, - говорит Кассак в интервью Popular Mechanics. “Мы обнаружили, что все остальные величины, описывающие газ, жидкость или плазму, когда они не находятся в равновесии, не учитываются в первом законе термодинамики”.
|
|
|
|
Команде нужен был способ количественно оценить все преобразования энергии, которые не были описаны плотностью и давлением. И они нашли это.
|
|
|
|
Для неопытного глаза решение, вероятно, будет выглядеть просто как плотная и запутанная группа уравнений. Но для физика математическое описание этих дополнительных свойств выглядит как возможность. Потенциальные области применения этой работы варьируются от химии до схемотехники, квантовых вычислений и космической погоды.
|
|
|
|
Такого рода корректировки в нашем понимании основных строительных блоков физики происходят нечасто, поэтому, когда это происходит, они потенциально могут оказать огромное влияние на саму область и тех, кто с ней связан. Это просто доказывает, что даже многовековые законы могут снова стать новыми, если мы присмотримся к ним достаточно внимательно.
|
|
|
|
Источник
|
