Два полных оборота представляющей точки возвращают систему в исходное состояние

Почему для возврата системы в исходное состояние нам понадобилось два цикла на фазовой диаграмме? Эта фазовая диаграмма различает у потенциальной энергии два максимума:

1) 1) максимум потенциальной энергии натяжения пружины,

2) 2) максимум потенциальной энергии сжатия пружины.

Скалярная величина «энергии» вообще расщепляется в векторные величины «свободной» энергии. Мы начинаем подозревать, что «свободная» энергия, хотя и называется словом «энергия», является «векторной величиной»: по крайней мере она может иметь два знака. Этот факт не бросается в глаза в классической термодинамике, но бросается в глаза в электродинамике, что очень хорошо показано Г.Кроном в 1930 г.

В ускорителях элементарных частиц энергию пучка (полную) можно определить как произведение числа частиц N на энергию отдельной частицы E_i. Полная энергия двух пучков с теми же энергиями, но с числом частиц N/ 2 будет та же самая. Но «свободная энергия» этих двух пучков, идущих навстречу друг другу, будет отлична от «свободной энергии» пучка из N частиц, идущего в неподвижную мишень.

В нашей круговой диаграмме есть два максимума кинетической энергии:

1) 1) максимум кинетической энергии движения вправо,

2) 2) максимум кинетической энергии движения влево.

Аналогичные диаграммы мы можем рассмотреть для любой машины: механо-электростатической, механо-магнитной, электромагнитной, термодинамической.

Нетрудно показать, что во всех случаях существенны два вывода:

1) 1) переход «потенциальной» энергии в «кинетическую» и наоборот, связан с изменением знака направления движения потока;

2) 2) величина потока свободной энергии при переходе потенциальной энергии в кинетическую и наоборот, остается постоянной.

Полученные выводы имеют принципиальное значение. Они дают возможность сравнивать все возможные машины по величине потока свободной энергии.

15. Поток свободной энергии и обобщенная машина

Первая попытка представить все машины, как различные реализации одной и той же «идеальной» машины, принадлежит С.Карно и была сделана в 1824 г. Это отождествление всех машин, как различных представителей одной и той же машины, было достигнуто введением понятия «рабочий цикл». Понятие «рабочий цикл» изображается на листе бумаги в координатах, произведение которых соответствует понятию энергия.

В 1930 г. Г.Крон выступил со своей первой работой, которая называлась «Общая теория электрических машин». Заметим, что она написана еще до работ Онзагера и Казимира по основам термодинамики необратимых процессов. В этой работе Г.Крон вводит новое понятие — «ПОТОК СВОБОДНОЙ ЭНЕРГИИ» и определяет понятие «машина», как устройство, через которое поток свободной энергии идет от источника «к нагрузке». Этот внешне непримечательный факт вводит в описание машин и механизмов понятие «мощность». Оно обобщает понятие «энергия в рабочем цикле» до понятия «число циклов в единицу времени, умноженное на энергию в рабочем цикле». В этом новом понятии соединяются и все «непрерывные», «нециклические» рабочие процессы.

Рабочий цикл машины или установившийся характер ее движения возможны тогда и только тогда, когда имеет место баланс потоков свободной энергии, то есть поступление энергии в канал машины равно оттоку энергии в нагрузку. Представим «обобщенную» машину, как «канал», который соединяет источник потока свободной энергии с нагрузкой прямой и обратной связью (рис. 3.6).

Итак, общим свойством всех машин является:

Они все представляют собой обобщенный «канал», через который поток свободной энергии от источника переходит в поток свободной энергии, поступающий в нагрузку машины.

Рис. 3.6

Новое определение машины дает возможность сравнивать все возможные машины по величине мощности [ L ⁵ T ^-5].

Любое устройство, которое является «каналом», соединяющим «источник» потока свободной энергии с «нагрузкой», будем называть «обобщенной машиной».

Физическая величина, которая остается неизменной, или инвариантной, при переходе от одной машины к другой, является полной мощностью.

Если решение, которое изменяет конструкцию машины и изменяет коэффициент совершенства технологии, сохраняет полную мощность без изменения, то оно является «преобразованием координат».

Сама неизменная величина входной мощности, которая образует фундамент «сравнения» всех возможных машин, является инвариантом, или тензором.

Классическая механика Лагранжа—Гамильтона является аксиоматической физической теорией с явной аксиомой — энергия постоянна.

Общая динамика машин будет аксиоматической теорией с явной аксиомой — мощность постоянна.

Если это утверждение верно, то оно должно быть справедливым не только для замкнутых, равновесных и диссипативных структур, но и для открытых, неравновесных, антидиссипативных систем. Именно эти классы систем и являются предметом нашего дальнейшего рассмотрения.

16. Классы систем реального мира

Все системы окружающего мира делятся на определенные классы. Выделим три класса систем:

1) 1) «замкнутые» и «открытые»;

2) 2) равновесные и неравновесные;

3) 3) приближающиеся к равновесию и удаляющиеся от равновесия.

Без рассмотрения этих классов систем принципиально нельзя говорить о физике развития в системе природа—общество—человек.

17. Замкнутые и открытые системы

Дата добавления: 2014-11-29