Термодинамика реальных процессов

Хорошей иллюстрацией к истинно простому ротационному явлению служит условно простое спиновое. Понятие спина было введено в науку Дж. Уленбеком и С. Гаудсмитом в 1925 г. применительно к электрону. Спин определяет внутренний момент количества движения микрочастицы и не связан с перемещением частицы как целого, поэтому для объяснения спина образ вращающегося тела может быть использован лишь грубо приближенно. Факт существования спина подтвержден экспериментом. Но мы не располагаем необходимыми понятиями для определения основного истинно простого ротационного явления. Спин выражается через постоянную Планка (размерность - Дж?с), следовательно, если его рассматривать как экстенсор, то интенсиал будет иметь размерность частоты вращения (с-1). Обе эти характеристики не удовлетворяют требованию своеобразия, поэтому спиновое явление не может считаться истинно простым. Условность спинового явления подтверждается также фактом нарушения закона сохранения количества и момента количества движения в определенных условиях. Все это ограничивает область применимости спинового явления (см. также параграф 14 гл. XV) [ТРП, стр.258-259].

 9. Условно простое вращательное явление.

Подобно тому как из метрического явления можно вывести перемещательное, подобно этому из ротационного можно найти условно простое вращательное, причем между перемещательным и вращательным явлениями существует известная аналогия. Вращательное явление характеризует поворот системы на некоторый угол под действием момента силы. Экстенсором для перемещательного явления служит угол поворота  ? , измеряемый в радианах, а интенсиалом - момент силы  М , равный силе, умноженной на длину плеча (Н?м). Работа вращения

dQ? = Md? = dU      (248)

Главная условность вращательного явления, как и перемещательного, заключается в том, что ему нельзя сопоставить определенное вещество, то есть угол поворота не служит мерой количества какого-либо вещества. Кроме того, интенсиал не обладает должной специфичностью. Подобно перемещению, вращение тела является процессом легко наблюдаемым, оно фиксируется по изменению угла поворота тела.

Впервые угол поворота и момент силы, характеризующие работу вращения, были введены в науку гениальным Леонардо да Винчи. В ОТ смысл вращательного явления несколько видоизменяется, оно становится частным случаем истинно простого ротационного, суть которого пока еще до конца не выяснена. Дополнительные сведения о ротационном явлении можно получить при анализе его третьего частного случая - кинетовращательного [ТРП, стр.259].

 10. Условно простое кинетовращательное явление.

В термодинамике кинетовращательное явление вначале было принято определять с помощью экстенсора МК , именуемого моментом количества движения (Дж?с), причем

    МК =I?       (249)

где I - момент инерции тела относительно оси вращения, Дж?с2 ; ? - угловая скорость (частота) вращения тела, с-1 . Интенсиалом служила угловая скорость  ? , следовательно, кинетовращательная работа

   dQМ = ?2d МК = ?d(I?) = dU    (250)

После того как нами было установлено, что момент количества движения не подчиняется закону сохранения, в качестве экстенсора был предложен момент инерции I . В результате кинетовращательная работа [21, с.113]

   dQI = ?2dI = dU      (251)

Как видим, кинетовращательное явление очень напоминает кинетическое. Сходство указанных явлений подчеркивается фактом, согласно которому уравнения (250) и (251) получаются из уравнений (243) и (244), если в последних массу и скорость заменить на момент инерции и угловую скорость. Подобную же замену допускают и законы механики Ньютона, они остаются одинаково справедливыми как для кинетического, так и для кинетовращательного явлений. Все это могло бы навести на мысль о несамостоятельности ротационного явления, о том, что условно простые вращательное и кинетовращательное явления вполне могут быть получены в качестве частных случаев не из ротационного, а из метрического и, следовательно, ротационное вообще утрачивает свое значение.

Однако такой вывод из всего предыдущего был бы слишком поспешным. Как показывает более глубокий анализ, на самом деле никакого сходства между ротационным, и метрическим явлениями нет: это два совершенно различных явления, каждому из которых присущи свои особые и неповторимые черты, и поэтому свести их друг к другу в принципе невозможно. Упомянутое сходство является кажущимся, оно обусловлено только тем, что метрическое явление вторгается в ротационное и таким способом навязывает ему свои собственные свойства. Иными словами, законы механики не затрагивают сути ротационного явления, а отражают лишь меру участия метрического явления в ротационном.