Ракитин Олег : другие произведения.

Энергоизоляция в локально-неравновесных системах. Солитон

Самиздат: [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь|Техвопросы]
Ссылки:
 Ваша оценка:
  • Аннотация:
    Рассмотрены вопросы энергоизоляции в локально-неравновесных системах, а также границы применимости обобщенного гиперболического уравнения переноса, динамика волнового дуализма распространения возмущений в среде.

   УДК 530.162; 536.24; 536.7; 53.662.
   Энергоизоляция в локально-неравновесных системах. Солитон.
   Ракитин О.И., ведущий инженер.
   Реферат.
   Рассмотрены вопросы энергоизоляции в локально-неравновесных системах, а также границы применимости обобщенного гиперболического уравнения переноса, динамика волнового дуализма распространения возмущений в среде.
  
   Разберем вопросы энергетической изоляции в локально-неравновесных системах. Очевидно, это могут быть упругие, тепловые, электрические системы и т.д., в зависимости от природы кинетики взаимодействия, в зависимости от уровня величины энергии.
   Каков же критерий подбора энергоизоляции в локально-неравновесных системах?
   Известно, что данный уровень взаимодействия описывается при помощи обобщенного гиперболического уравнения переноса/3,5/:
   dE/dt + tр d2E/dt2 = Bd2E (1)
   где E - параметр переноса (например, град/с; Па/с; В/с...), B - кинетический коэффициент - потенциал переноса, м2/с. При этом мы полагаем, что B = const. На самом деле эта величина зависит от таких физических параметров системы, как давление Р, объем V, температура Т: B = f (P,V, T).
   Поэтому обобщенное уравнение переноса принимает следующий вид:
   dE/dt + tр d2E/dt2 = div (BdE) (2)
   Следовательно, это уравнение описывает распространение гиперболической волны, для которой применимы законы геометрической оптики.
   Безусловно, проницаемость среды при прохождении сигнала будет определяться коэффициентом преломления/2,3/, рис.1:
   n = v1/ v2 = L1/L2 = sin a1/ sin a2 = B10,5/ B20,5, (3)
   где v1 и v2, L1 и L2, a1 и a2, B1 и B2 - скорость, длина гиперболической волны, угол падения и преломления, кинетические коэффициенты соответственно взаимодействующих сред 1 и 2. На рис.1 B3 - кинетический коэффициент энергоуносителя. []
   Критический угол падения определяется, согласно следующему выражению/2/:
   Aкр = arcsin (n). (4)
  
   При значении угла выше Aкр происходит полное отражение гиперболической волны. Именно этим объясняется эффективность энергоизоляции в локально-неравновесных системах.
   На рис.2, рис.3 представлены результаты широко применяемых в промышленности теплоизоляторов при взаимодействии друг с другом. [] [] Очевидно, при n>1 происходит полное отражение гиперболической тепловой волны в локально-неравновесных системах. Бесспорно, что своеобразная сэндвич-панель достаточно эффективна, например, для такой связки, как кирпич с разными видами асбеста, стекловаты, гипса, земляной засыпки и т.д., как связка пенобетона с различными строительными материалами. На рис.4, рис.5 также представлены изолирующие свойства металлов, полупроводников... [] [] Так, для железа, стали хорошим энергоизолятором являются титан и уран, если сталь, например, находится при температуре Т=300 К. Аналогично для меди - алюминий, литий, сталь, кремний. При каких же условиях все же идет энергопередача в указанных выше связках?
   Границы применимости распространения энергосигнала в виде гиперболической волны. По сути - это вопрос дуализма волны: то ли сигнал распространяется в виде волны, то ли корпускулярным образом.
   Итак, солитон. Рис.6.
   [] Солитон - это уединенная волна по определению, когда длина волны L во много >H, где Н - глубина среды, в которой происходит распространение солитона.
   Известно, что длина гиперболической волны в динамических локально-неравновесных системах определяется, как/2,3/
   L = (B tр)0,5 (5)
   где tр - время релаксации.
   Пусть толщина ретранслятора энергии b, то распространение гиперболической волны в виде солитона при энергопередаче от одной среды к другой - это выполнение указанного выше условия: L во много > b. Когда же это условие выполняется?
   Очевидно, согласно выражения (5), при tр??.
   Если скорость распространения гиперболической динамической волны/2,3/
   v = (B/tр)0,5 (6)
   то v стремится к 0 при tр стремится к ?. Очевидно, при tр стремится к 0 и v стремится к ?. Итак, частота колебаний гиперболической волны на энергоретрансляторе:
   Н = 1/ tр (7)
   Любой материальный объект имеет какую-то протяженность Lo. При данной скорости подачи сигнала v получим частоту изменения гиперболической волны на данном объекте:
   Н = v / L (8)
   Несомненно, при L стремится к ? Н стремится к 0, при L стремится к 0 Н стремится к ?. Очевидно, возможны неопределенности вида ?/?, ?/0, 0/?, 0/0. При L стремится к ? Н стремится к 0 распространение энергии происходит корпускулярным образом. Только в этом случае металлы перестают быть энергоизоляторами, согласно рис.4, рис.5. Итак, критерий определения существования локально-неравновесных систем лежит в том, что скорость возмущения v не равно 0 и протяженность объекта Lо ограничена. В результате энергообмен описывается волновой динамикой.
   Заметим, что при вынужденном энергообмене время релаксации энергосигнала является величиной заданной tр=const в любой среде, а вот скорость распространения и длина гиперболической волны определяется кинетическими параметрами данной среды. Отметим, что это же справедливо и для электромагнитных волн, и для звуковых.
   В целом кинетический коэффициент является потенциалом скорости/4/
   v =d B/dy (9)
   или после интегрирования
   D(B)= v ф (10)
   для порозного слоя
   n
   D(B) = Сумма vi фi (11)
   i=1
   где ф - поперечная длина объекта, получим, что при v стремится к ? и D(B) стремится к ?. Очевидно, при v стремится к 0 и D(B) стремится к 0. Бесспорно, возможны и неопределенности вида 0 x ? и ? x ?. Заметим, что есть разные уровни кинетических потенциалов: для тепловых процессов Вт ?10-7- 10-3 м2/с; для электрических - Вэ ?10-7-103м2/с; для ударных систем - Ву ? десятки - сотни тысяч - ? м2/с. Природа первых двух коэффициентов лежит в плоскости межмолекулярного взаимодействия, что определяется пределами существования вещества. Последний коэффициент - это взрывной уровень, уровень самостоятельного существования плазмы, ведущий к разрушению вещества:
   Ву >>Вэ (12)
   В таком случае, энергетический потенциал объекта (Вт/с) /3/, для теплового уровня, определим следующим образом:
   Jт = м Втvх= С УтD(T) (13)
   где х - удельная энтальпия, Дж/кг; м - плотность, кг/м3; С =мс - объемная теплоемкость, Дж/(м3К); У = Вv - ускорение объема, м3/с2; D(T) - перепад температур. Заметим, если величина В v определяет кинетику данной системы, то уровень энергии определяет величина С =м с при данном перепаде температур D(T).
   Очевидно, для ударного уровня:
   Jу = м Вуvh (14)
   где h - удельная кинетическая энергия объекта в потенциале (Дж/кг):
   h = m у L/m (15)
   где m - масса объекта, у - ускорение, м/с2.
   Очевидно, при v стремится к 0, то и Jт стремится к 0, и Jу стремится к 0. Иными словами, все системы в природе в вопросе энергообмена можно описывать с достаточной точностью достоверности при помощи гиперболического уравнения переноса.
   Возвращаясь к выражению (3), определим его границы применимости: В1??, то сигнал полностью отражается, В2?? - сигнал полностью проходит.
   Таким образом, основополагающий вывод. Если гиперболическая волна подчиняется закону распространения солитона, то распространение сигнала происходит не в виде волны, а корпускулярным образом.
   Причем природа кинетических коэффициентов при макровзаимодействии тоже может быть разной, и потенциал этого взаимодействия определяется выражением (10).
   Очевидно, при Вп ?? Вср процесс идет до уровня Вср?Ви. Здесь Вп, Вср, Ви - кинетические коэффициенты соответственно первичного сигнала возмущения, среды ретранслятора, среды ретранслятора при его испарении. При еще более мощных воздействиях происходит взрыв вещества (детонация), а уж совсем мощных - ядерный взрыв.
   Итак, полагая, что энергетическая среда - это эфир или плазмоид, который соответственно имеет три формы (газообразную, жидкую и кристаллическую)/1/, то уровень получаемой энергии зависит от уровня потенциала внешнего сигнала. Очевидно, есть уровень теплового сигнала, уровень электрического сигнала, уровень ядерного сигнала.
   Безусловно, любое вещество может быть источником энергии, только вопрос на каком уровне? Отсюда, очевидно, существуют разные способы извлечения этой энергии.
   Так, атомная или водородная бомба инициируется взрывчатым веществом, обладающим довольно высоким уровнем энергии. Этого уровня энергии достаточно для возникновения неуправляемой цепной ядерной реакции.
   Заметим, что уровень энергии можно регулировать тремя параметрами: давлением Р, температурой Т и объемом V вещества.
   А мощность инициирующего сигнала определяется следующим образом:
   W = В I (16)
   где I - сила тока, кг/с2.
   Заметим еще вот что: в промышленности обычно используют переменный электрический ток частотой 50-400 Гц. Это означает, что время релаксации электрического сигнала лежит в пределах tр = 0,0025-0,02 с. Исходя из выражения (6) получим скорость переменного электрического тока в металлах v =106-632 м/с при напряжении 220-1000 м2/с.
   Скорость пробоя электрических изоляторов (неметаллов) представлена на рис.7. []
   В качестве примера рассмотрим полет метеорита. Скорость его полета, положим, v = 3000 м/с. В момент удара о землю выделяется энергия W. Очевидно, при поперечной длине метеорита у = 1 м величина B = 3000 м2/с. Отсюда время релаксации: tр = 0,0003 с.
   Сила тока определяется как
   I = hv=мВv = 2,1 1014 кг/с2 (17)
   Тогда мощность удара, согласно выражения (16):
   W = мВ2v = 6,4 1017 Вт = 0,64 ЭВт (18)
   То при таком уровне энергии данный метеорит испарится за 4,1 10-11с.
   Рассмотрим критерий волнового и корпускулярного энергообмена частицы в потоке вещества. Если частица вдувается в поток и фактически движется со скоростью потока вещества, то tр стремится к ?. Значит, энергообмен происходит корпускулярным образом, рис.8. []
   Если частица движется в потоке с какой-то скоростью, то здесь энергообмен уже осуществляется на уровне распространения гиперболической волны.
   Очевидно, критерий существования частицы аналогичен примеру с полетом метеорита.
  
  
   Литература.
      -- В.Фортов. В физике экстремальных состояний мы все еще впереди. Наука и жизнь. N4.2005.
      -- Ракитин О.И. "Локально-неравновесные процессы в конденсационной среде" //"Вестник ТГТУ" Т.10-Ю, N1а. 2004.
      -- Ракитин О.И. Волновая динамика локально-неравновесных систем. Свiдоцтво про реєстрацiю авторського права на твiр. N16209. 10.04.2006. Державний департамент iнтелектуально§ власностi. Укра§на.
      -- Компанеец А.С. Курс теоретической физики. М. Просвещение.1975. с.275.
      -- Соболев С.Л. Процессы переноса и бегущие волны в локально-неравновесных системах//Успехи физических наук. 1991. Т.161.N3.
  
  
  
  
  
   Подписи к рисункам.
   Рис.1. Схема преломления и отражения энергосигнала.
   Рис.2. Показатель преломления для элементов теплоизоляции.
   Рис.3. Показатель преломления для элементов теплоизоляции.
   Рис.4. Показатель преломления для пар разных металлов, полупроводников.
   Рис.5. Показатель преломления для пар разных металлов, полупроводников.
   Рис.6. Схема распространения солитона.
   Рис.7. Скорость пробоя под воздействием электрического поля.
   Рис.8. Движение частицы в потоке вещества.
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
   2
  
  
  
  
 Ваша оценка:
Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
О.Болдырева "Крадуш. Чужие души" М.Николаев "Вторжение на Землю"

Как попасть в этoт список

Кожевенное мастерство | Сайт "Художники" | Доска об'явлений "Книги"