Będę rozważać ten problem w kontekście objętościowym. Weźmy w zależności od potrzeby np. sześcienne naczynie wykonane z materiału mniej lub bardziej przepuszczającego fotony termiczne. Wypompujmy z niego cząsteczki powietrza wraz z częścią fotonów. Z częścią, gdyż prędkość fotonów jest nieporównywalnie większa od prędkości wypompowywania gazu(zarys problemu). W czasie wypompowywania w naczyniu dochodzi do wydostawania się, ucieczki części fotonów z gazu. Inaczej tego nie przeprowadzimy, gdyż gaz jest mieszaniną cząsteczek i fotonów(mikrocząsteczek). Im gwałtowniejsze jest wypompowywanie, tym temperatura początkowa wnętrza jest niższa. Po pewnym czasie w wyniku przepływu fotonów z otoczenia do wnętrza - ich gęstości w naczyniu i otoczeniu wyrównają się. Termometr we wnętrzu naczynia wskaże temperaturę otoczenia. W ten sposób w naczyniu została zgromadzona pewna energia w postaci fotonów. Rozważmy proces odwrotny. Otoczmy teraz to opróżnione naczynie np. warstwą wody o temperaturze niższej od temperatury jego wnętrza. Przy zachowaniu odpowiednich warunków izolacyjnych, czasowych część fotonów z wnętrza naczynia przeniknie do wody, ogrzewając ją. Temperatura wody i wnętrza wyrówna się. Ten eksperyment pokazuje, że zamknięte naczynie pozbawione cząsteczek gazu też posiada pewną pojemność cieplną-fotonową. Weźmy pod uwagę pełne wewnętrznie sześcienne próbki materii o tej samej objętości wykonane np. z metalu, suchego drewna, styropianu itd. (cieczy, gazów). Umieśćmy je w otoczeniu o temperaturze wyższej od ich własnych temperatur. Co obserwujemy? Fotony z otoczenia w różnym stopniu, z różną intensywnością będą przenikać do ich wnętrz. Po pewnych różnych czasach temperatury tych ciał wyrównają się z temperaturą otoczenia. W przypadku metali proces przenikania fotonów będzie dosyć intensywny, gdyż dopasowanie bezwładnościowe fotony-elektrony jest w miarę dobre. W relacjach fotony-elektrony dochodzi do ciągłej absorpcji-emisji fotonów. Dochodzi tam także do pewnych wewnętrznych odbić fotonów, drgań atomów. Dlatego też metale są dobrymi przewodnikami fotonów-ciepła. W strukturze suchego drewna, styropianu itp. mieści się ogromna ilość powierzchni odbijających fotony (pustki strukturalne). Brak tam jest także „swobodnych” ładunków elektrycznych. Z tych powodów przenikanie, wnikanie fotonów w głąb takich struktur jest znacznie utrudnione. W takich pustkach może gromadzić się, poruszać się znaczna ilość fotonów ( w pewnym sensie częściowo uwięzione fotony-energia). Czasy rozgrzewania takich obiektów są stosunkowo długie. Takie struktury potrafią jednak uwięzić, zgromadzić w sobie znaczną energię fotonową. Ogólnie pojemności cieplne takich materiałów są stosunkowo większe od pojemności cieplnych metali. Fizycy muszą sobie uzmysłowić raz na zawsze, że gaz to mieszanina cząsteczek i fotonów wraz z relacjami tam zachodzącymi (absorpcja, emisja, odbicie fotonów, zderzenia cząsteczek). W przestrzeni międzycząsteczkowej gazu występuje próżnia-pustka, w której porusza się ogromna ilość fotonów-energii. Dlatego w przyziemnych warstwach atmosfery panuje wyższa temperatura. Dzięki temu gazy ogólnie charakteryzują się dużą pojemnością cieplną. W metalach ogromna ilość elektronów, duże upakowanie materii jakby przeszkadzały w gromadzeniu się, zagnieżdżeniu się większej ilości fotonów. Występują tam ciągłe absorpcje, emisje , odbicia fotonów, drgania atomów. Metale szybko „nasycają” się fotonami. Dlatego pojemności cieplne metali są stosunkowo małe. Proces absorpcji fotonów, rozgrzewania materii jest procesem w miarę powolnym. Przy złożonej strukturze mikroobiektu nie każdy kontakt fotonu z mikroobiektem musi się kończyć jego absorpcją. Dochodzi tam do próbkowania, tzn. musi dojść do spotkania fotonu z odpowiednim miejscem pułapkowania w mikroobiekcie. W innym przypadku doszłoby do natychmiastowego rozgrzania materii, czego nie obserwujemy w przyrodzie. Na „idealnie” wypełnionych strukturalnie metalowych powierzchniach lustrzanych dochodzi do prawie całkowitego odbicia fotonów. W trakcie tego odbicia poprzeczne prostopadłe zmienne pole E-M powoduje drgania elektronów. Dlatego tak trudno rozgrzać takie powierzchnie. Chyba, że na taką powierzchnię skierujemy wiązkę laserową o dużym natężeniu, w której intensywność poprzecznego pola E-M będzie na tyle duża, że dojdzie tam do znacznych drgań elektronów, wydzielenia się ciepła, stopienia struktury. Należy jednak dodać, że przy długotrwałym ogrzewaniu metalowej próbki o lustrzanej powierzchni dochodzi do powolnego przenikania fotonów, zwiększenia drgań elektronów, atomów - ogrzania. W falowodach radarowych, gdy dojdzie do pęknięcia powierzchni wewnętrznej falowodu, defektu, to wzrasta w tych miejscach ogromnie opór elektryczny, co kończy się wydzieleniem ciepła, stopieniem falowodu (znam to z autopsji). Wspomnę przy okazji, że dobrze znana mi jest również z autopsji budowa i działanie magnetronu i lampy z falą bieżącą - służba wojskowa(chociaż coś z tej służby). Przykładowo, mysz łatwo radzi sobie z uwolnieniem energii zgromadzonej w sprężynie, natomiast nie radzi sobie z uwolnioną energią sprężyny. Przy klasycznym spalaniu, spalaniu atomowym, termojądrowym wydziela się ogromna ilość fotonów-energii fotonowej. Mały impuls energetyczny potrafi uwolnić kaskadowo wielką energię fotonową, która prawdopodobnie wcześniej została uwięziona w strukturze materii w postaci fotonów. Piszę o tym dlatego, gdyż w rozważaniach o pojemności cieplnej być może trzeba uwzględnić to, że część fotonów mogła zostać uwięziona, unieruchomiona w mikrostrukturze materii. Przy innym podejściu mogą być problemy z bilansem energetycznym. Wspomnę przy okazji, że przy rozpadach promieniotwórczych uwalniana ogromna energia fotonowa (fotonów) prawdopodobnie powoduje odrzut mikroobiektów. Nie ma tam żadnego zjawiska tunelowania. Cząsteczka, aby przekroczyć jakąkolwiek barierę energetyczną, musi mieć energię co najmniej równą bądź większą od tej bariery (fundament fizyki). Efekt tunelowania to następny idiotyczny, wirtualny wymysł wyznawców mechaniki kwantowej ( na zasadzie kot jednocześnie żywy i martwy, czarne jest białe itd.). Przy rozważaniach o pojemności cieplnej próbki należy mieć na uwadze między innymi zawartość tzw. swobodnych ładunków elektrycznych w próbce, upakowanie materii, możliwości dynamiczne (ruchowe) atomów-cząsteczek, wewnętrzną geometryczną strukturę próbki a także zewnętrzną objętość tej próbki. Myślę, że przy rozważaniach o pojemności cieplnej podejście masowe (masa próbki) nie jest najwłaściwszym rozwiązaniem. Na mierzalną wewnętrzną energię próbki składa się energia ruchu-drgań mikroobiektów pochodząca od fotonów a także energia poruszających się wewnętrznych fotonów. Stworzenie ogólnego aparatu matematycznego opisującego to niesłychanie skomplikowane zagadnienie pojemności cieplnej na obecnym etapie jest niemożliwe. W przypadku pojedynczych próbek, pewnych typów próbek można zbudować metodą „ rzemieślniczą” przybliżony aparat matematyczny opisujący te własności. Jest to krótki wstęp do rozważań o pojemności cieplnej, procesach cieplnych materii. Zapraszam fizyków do merytorycznej dyskusji.
Bogdan Świniarski-fizyk.
Inne tematy w dziale Technologie
