Căldura şi procesele termice - teorie nouă (II)

Autor: ing. Constantin Teodorescu

Articolul "Căldura şi procesele termice - teorie nouă (II)" explică emisia de energie în molecule şi atomi, în cadrul noii teorii a căldurii şi proceselor termice, elaborată pe baza concepţiei şi legilor fundamentale universale demonstrate în studiul "Structură şi evoluţie" al autorului.

II Emisia de energie în molecule şi atomi

Aşa cum s-a arătat în prima parte a subsubparagrafului 11.7.6.1 din [1], atât prin atomii constituiţi în molecule cât şi prin atomii separaţi, curge continuu energie.

Cu privire la scurgerea de energie din molecule şi atomi în mediul înconjurător, trebuie avute în vedere câteva aspecte.

Primul aspect este acela că din mediul exterior, energia pătrunde în moleculă sau în atom prin capetele găurilor lipsite de energie din jurul axelor de rotaţie ale nucleelor, străbate nucleele şi structurile de energie din jurul acestora, alimentând mişcarea lor giroscopică, şi surplusul iese înapoi în mediul exterior, prin extremităţile planelor ecuatoriale ale structurilor de energie. Astfel sânt realizate circuite permanente de energie care se menţin pe toată durata existenţei moleculelor şi atomilor. De bilanţul momentan al circuitelor de energie depinde caracterul de încălzire sau de răcire al proceselor pe care moleculele şi atomii le parcurg de-a lungul existenţei lor.

Al doilea aspect constă în faptul că electronii din interiorul moleculelor şi atomilor, mişcându-se pe traiectoriile orbitale în jurul nucleelor, se află permanent în interiorul structurilor de energie şi schimbă energie numai cu acestea, neavând contact direct cu mediul exterior. 

Al treilea aspect constă în caracterul ciclic al structurilor de energie ce se rotesc sincron cu mişcarea giroscopică a nucleelor, cu aceeaşi constantă ciclică k = 2pe, e fiind stropul elementar de energie definit şi determinat în paragraful 5.10 „Fotonul – structura elementară (fundamentală) de energie” din [1].

Caracterul ciclic al structurilor de energie se impune şi în schimbul de energie al acestora cu mediul exterior. Ca urmare, schimbul de energie dintre structurile de energie şi mediul exterior se realizează în două feluri diferite:

a)      prin emisie continuă de stropi elementari de energie e şi

b)     prin emisie de cuante de energie corespunzătoare constantei ciclice k.

Emisia continuă de stropi de energie este simţită de fiecare dintre noi în preajma unui corp încins sau îngheţat. Emisia de cuante de energie ne-a surprins când pentru prima dată după naştere am deschis ochii şi ne încântă în permanenţă dezvăluindu-ne frumuseţea lumii în care trăim. 

Cuanta de energie 2pe repetată de n ori pe secundă ne dă       

     (43)

emisia de fotoni de frecvența n = w / 2p .

Astfel de fotoni sânt emişi de molecule şi atomi de-a lungul întregului proces de încălzire sau de răcire, corespunzător vitezei unghiulare de rotaţie a nucleelor şi structurilor de energie momentane.

În funcţie de viteza unghiulară de rotaţie w sau de frecvenţa n, etapele proceselor de încălzire sau de răcire ale moleculelor şi atomilor sânt reprezentate pe figura 1.

Figura 1. Etapele proceselor reversibile de încălzire şi de răcire ale moleculelor şi atomilor.

 

De-a lungul tuturor etapelor proceselor reversibile de încălzire şi de răcire, moleculele emit continuu energie şi sub formă de fotoni şi în mod difuz.

Menţionăm că emisia de energie în procesele reversibile de încălzire şi de răcire ale moleculelor şi atomilor izolaţi a fost analizată şi în paragraful 11.5 „Emisia de lumină şi viteza luminii” din [1] şi este prezentată, cu aceeaşi denumire şi într-o postare pe prezentul blog.

Pentru a analiza emisia de energie în procesele termice, trebuie să determinăm diferențiala energiei moleculei, adică să determinăm creşterea funcţiei care exprimă energia moleculei raportată la tangenta la funcţie într-un punct al ei.

Conform [2] pag. 304, diferenţiala funcţiei y = f(x) se determină cu relaţia

       (44)

Aplicând relaţia (44) energiei moleculei exprimată prin relaţia (11.73) din [1], se obţine:

         (45)

Înmulțind și împărțind cu w_n în membrul doi al relației (45), se obţine

           (46)

energia moleculei E_m fiind dublul sumei energiilor nucleelor E_n și structurilor de energie E_s.

Cum E_m și w_n sânt mărimi pozitive, semnul creşterii dE_m este acelaşi cu semnul  creşterii dw_n, adică:

-        w_n = const şi dw_n = 0, rezultă că şi dE_m = 0 şi E_m = const, respectiv E_n = const și E_s = const.

-        creşte w_n şi dw_n > 0, rezultă că şi dE_m > 0 şi creşte şi E_m, respectiv cresc și E_n și E_s;

-        scade w_n şi dw_n < 0, rezultă că şi dE_m < 0 şi scade şi E_m, respectiv scad și E_n și E_s;

Aceste trei cazuri reprezintă, de fapt, cazurile regimului termic în care se poate afla molecula, în schimbul de energie cu mediul înconjurător, cu câmpul universal de energie, descrise în subparagraful 11.7.6.1 din [1] şi pe care le reproducem:

-        staţionar, E_im = E_em, adică energia care intră în moleculă este egală cu energia care iese din moleculă,

-        de încălzire, E_im > E_em, adică energia care intră în moleculă este mai mare ca energia care iese din moleculă şi

-        de răcire, E_im < E_em, adică energia care intră în moleculă este mai mică decât energia care iese din moleculă.

Aşa cum rezultă din toată analiza de mai sus, molecula, oriunde s-ar afla în câmpul universal de energie, este tot timpul conectată şi se află într-un schimb permanent de energie cu acesta, indiferent de regimul termic în care se găseşte.

 În mod natural, sub acţiunea legii atracţiei dintre energii, molecula tinde şi se stabilizează în regimul termic staţionar de valori E_m şi w_n, deoarece în acest regim, forţele de atracţie şi centrifuge din interiorul său echilibrează complet acţiunea externă a forţei de atracţie a câmpului universal de energie.

Pentru a trece molecula din regimul staţionar în regimul de încălzire, adică pentru a creşte fluxul de energie prin moleculă peste valoarea corespunzătoare regimului staţionar, forţei externe a câmpului universal de energie trebuie să i se alăture încă o forţă externă care să fie capabilă să producă creşterea fluxului de energie. Fluxul de energie prin moleculă creşte până la valoarea la care forţele de atracţie şi centrifuge din interiorul moleculei ajung să echilibreze acţiunea comună a forţelor externe, când molecula trece din nou în regim staţionar cu un surplus DE_m de energie. Creşterea forţelor de atracţie şi centrifuge din interiorul moleculei se produce pe seama creşterii vitezei unghiulare de rotaţie w_n a nucleelor atomilor moleculei cu Dw_n, corespunzătoare surplusului DE_m de energie.

După încetarea acţiunii forţei externe, rămânând ca exterioară doar forţa câmpului universal de energie, acţiunea combinată a forţelor de atracţie şi centrifuge din interiorul moleculei depăşeşte forţa externă şi regimul staţionar realizat la surplusul DE_m de energie se strică.

 Sub acţiunea forţelor de atracţie şi centrifuge din interiorul său, molecula începe să arunce mai multă energie în exterior, surplusul DE_m de energie începe să diminueze şi, corespunzător diminuează şi creşterea Dw_n a vitezei unghiulare de rotaţie w_n a nucleelor moleculei. Molecula trece într-un regim liber de răcire care continuă până la epuizarea completă a surplusului DE_m de energie şi molecula revine la regimul staţionar iniţial cu E_m şi w_n.

Trebuie să menţionăm că forţa exterioară adăugată la forţa câmpului universal de energie poate acţiona şi în sens invers celui descris mai sus. Adică, în loc să sporească energia moleculei să o micşoreze cu  (– DE_m), cum se întâmplă în instalaţiile frigorifice. În asemenea cazuri, molecula trece din regimul staţionar într-un regim de răcire. La un moment dat, şi în asemenea cazuri, la echilibrul forţelor interne cu forţele externe se instalează un regim staţionar la un deficit de – DE_m de energie şi o diminuare de – Dw_m a vitezei unghiulare de rotaţie.

La încetarea forţei exterioare care a provocat răcirea, sub acţiunea forţelor de atracţie ale energiei structurilor de energie din jurul nucleelor, care tinde către infinit în zonele polare ale găurilor lipsite de energie, începe procesul de încălzire, adică de creştere a fluxului de energie prin moleculă şi completarea deficitului ei de energie. Procesul de încălzire se încheie prin revenirea la regimul normal de stabilizare, adică atât deficitul de energie cât şi diminuarea vitezei unghiulare de rotaţie devin zero, – DE_m = 0 şi – Dw_m = 0, valori la care, forţele centrifuge ale structurilor de energie din jurul nucleelor echilibrează şi stabilizează fluxul de energie prin moleculă astfel încât energia care intră în moleculă este constantă şi egală cu energia care iese din moleculă.  

Astfel se petrec procesele termice în moleculă, indiferent de mărimea sau complexitatea ei, dar şi în oricare corp material de pe planeta noastră, din sistemul planetar, din Galaxie şi chiar din Univers. Prin înlocuirea cuvântului „moleculă” cu cuvintele „corp material”, toată analiza de mai sus este aplicabilă oricărui corp material format din molecule, deoarece proce-sele termice din corpul material constau dintr-un ansamblu de procese moleculare ce se petrec identic şi simultan, în toate moleculele corpului material.

În încheierea analizei, este necesar să facem observaţia că relaţia (46)119) aminteşte de relaţia entropiei, dacă ţinem seama de echivalenţa w_m »T^o. În înţelesul său clasic, entropia (S) este definită în [3] ca o funcţie de stare a unui sistem termodinamic exprimată prin relaţia

           (47)

pentru sisteme reversibile, şi prin relaţia

         (48)

pentru sisteme ireversibile.

Deoarece T^o > 0, dQ şi dS au întotdeauna acelaşi semn în ambele relaţii (47) şi (48). Rezultă că acumularea de căldură înseamnă creşterea entropiei, iar cedarea de căldură înseamnă scăderea entropiei sistemului.

Conform principiului al doilea al termodinamicii, sensul transformărilor termice spontane este acela că orice proces spontan tinde să treacă de la o stare mai puţin probabilă la una mai probabilă, parametrul de stare care determină sensul transformării de energie fiind entropia S. Prin urmare, orice variaţie a entropiei unui corp material înseamnă schimb de căldură (de energie) între corp şi mediul înconjurător. Dacă entropia creşte, corpul primeşte energie şi se încălzeşte, iar dacă entropia scade, corpul se răceşte.

Aşa fiind înţeles principiul entropiei în fizica contemporană, pe considerentele acestuia este clădită teoria „ordinii şi dezordinii” şi este trasă concluzia că Universul evoluează implacabil spre entropia zero, adică spre moarte şi apoi renaşterea printr-un nou bing-bang.

În fond, principiul entropiei nu numai că nu fundamentează aberaţii ca cele din alineatul precedent, ba dimpotrivă se dovedeşte a fi o consecinţă şi o confirmare a legii fundamentale a forţei de atracţie a energiei universale. Conform analizei de mai sus, principiul entropiei corespunde concepţiei elaborate în [1] şi se încadrează în analiza proceselor termice efectuată de-a lungul prezentului paragraf. 

Respingând aberaţiile fizicienilor contemporani, care nu sânt decât un pamflet umoristic, nu putem să trecem cu vederea meritele deosebite ale fizicianului  Rudolf Clausius, cel care a formult şi fundamentat principiul entropiei. Într-o epocă în care cercetarea se baza preponderent pe rezulatae obţinute în experimente întâmplătoare, Rudolf Clausius s-a ridicat deasupra lor şi a intuit şi sintetizat corect observaţiile adunate asupra fenomenelor termice, reuşind să fundamenteze un principiu care este consecinţa directă a uneia dintre legile fundamentale ale Universului. Tot respectul pentru un asemenea mare fizician.

Într-adevăr, să revenim la relaţiile lui Clausius (47) şi (48): dS = 0 înseamnă şi dQ = 0 şi, implicit, T = constant. Şi dacă o asemenea stare este extinsă la nivelul Universului, înseamnă o totală liniştire energetică la întreaga sa scară, înseamnă că pe tot cuprinsul Universului nu mai există energii diferite în două puncte diferite. Totodată, asta înseamnă şi încetarea oricărei mişcări, în întreg Universul, înseamnă echilibrarea completă a forţelor de atracţie dintre diferitele elemente de energie din întreg Universul. Dar, deşi teoretic există o asemenea posibilitate, practic ea nu se poate realiza deoarece, Universul fiind bântuit de un nesfârşit număr de mişcări giroscopice de tipul galaxiilor, care-şi perpetuează existenţa prin vânturarea unor enorme cantităţi de energie şi prin dispariţia treptată într-un loc şi apariţia treptată în alt loc, perpetuarea existenţei şi evoluţiei galaxiilor este veşnică. Aşa că Universul este şi va fi veşnic.

Aducerea în discuţie a Universului dar şi faptul că evoluţiile caracteristice etapelor extreme de pe figura 1 din postarea (I) au desfăşurări cosmice, ne determină ca de analiza acestora să ne preocupăm în postarea (III). 

Bibliografia

1  CONSTANTIN TEODORESCU: Structură şi evoluţie. Editura MATRIX ROM. Bucureşti 2016. Ediţia a 5 – a revizuită şi adăugită.

2  I. N. BRONŞTEIN, K.A. SEMENDEAEV: Spravocinik po matematike dlea injenerov i uciaşcihşia vtuzov. Izdanie desiatoe stereotipnoe. Izdatelstvo “NAUKA”. Moskva. 1964.

3  ION DIMA (coordonator): Dicţionar de fizică. Editura enciclopedică română, Bucureşti, 1972.