by 
Το πρώτο αξίωμα του Νεύτωνα είνα απόρροια του δεύτερου; Πόσο βάρος έχουν οι αστροναύτες; Τι απέδειξε ο Γαλιλαίος; Ποιά δύναμη κινεί ένα αυτοκίνητο; Που οφείλεται η τεράστια ενέργεια που εκλύεται από μία πυρηνική αντίδραση; Σε αυτό το άρθρο επιχειρούμε να απαντήσουμε σε αυτές και σε μερικές άλλες ερωτήσεις που πιθανώς πολλοί μαθητές μας θα δίνανε λανθασμένες απαντήσεις.
Γιάννη και Διονύση έγραψα και πριν ότι η μεταφορά ενέργειας με ακτινοβολία , γενικά στην βιβλιογραφία , θεωρείται θερμότητα (πχ η ακτινοβολία από τον ήλιο στη γη ,υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας ήλιου γης). Εκτός και αν είναι ‘οργανωμένη’ ακτινοβολία τύπου laser. Διονύση λες ότι δεν διάβασα μέρος προηγούμενου σχολίου σου. Όμως έγραψα ότι ο Jewett αναφερόμενος σε confused student προφανώς αναφέρεται σε πρωτοετείς φοιτητές που διδάσκονται γενική φυσική όχι σε μαθητές λυκείου. Η γνώμη μου είναι ότι δεν πρέπει να μπερδεύουμε την βασική θεωρεία με διδακτικές τεχνικές. Να συμφωνήσουμε πρώτα τι λέει η βασική θεωρία (η θερμοδυναμική) για το ζήτημα μας και μετά να συζητήσουμε τι και πως μπορούμε να περάσουμε στους μαθητές λυκείου. Κάνω λάθος να υποθέσω (από τα προηγούμενα σχόλια σου) πως δέχεσαι ότι σε επίπεδο θεμελιώδους θεωρίας δεν υπάρχει άλλος τρόπος μεταφοράς ενέργειας (σε κλειστό σύστημα) εκτός από το έργο και την θερμότητα;
Αγαπητοί φίλοι
Χαίρομαι που αποτέλεσα την αφορμή για την έναρξη ενός παραγωγικού διαλόγου σχετικού με το θέμα της ενέργειας, αφού θεωρώ ότι μέσα από τις αντιπαραθέσεις ενός παραγωγικού διαλόγου προάγεται η εξέλιξη τόσο στην εκπαιδευτική διαδικασία όσο και στην επιστήμη. Αφού ο διάλογος είναι η αφορμή της ισχυροποίησης των επιχειρημάτων εκατέρωθεν.
Είναι γεγονός ότι το φυσικό μέγεθος της ενέργειας είναι από τα πιο δύσκολα στη διδασκαλία της φυσικής σε όλα τα επίπεδα της εκπαίδευσης. Ίσως το φυσικό μέγεθος του δυναμικού και της τάσης να συγκρίνεται στο βαθμό δυσκολίας με αυτήν. Είναι επίσης γεγονός ότι δεν υπάρχει ενιαία γραμμή διδασκαλίας παγκοσμίως.
Προσπάθησα μέσω του σχετικού σημειώματος για την ενέργεια να κάνω μία αναφορά της ιστορικής εξέλιξης αυτού του φυσικού μεγέθους με την ελπίδα να φανεί χρήσιμο στους συναδέλφους. Δεν είμαι βέβαιος αν τα κατάφερα. Είμαι βέβαιος όμως ότι περιέχει επιστημονικές ανακρίβειες. Δεν είναι δυνατό να κάνεις έναν εκπαιδευτικό μετασχηματισμό σε ένα θέμα χωρίς επιστημονικές ανακρίβειες. Πολλές φορές όμως η απλοποίηση ενός θέματος με κίνδυνο ακόμη και την επιστημονική ανακρίβεια είναι αυτοσκοπός.
Ας μη μας διαφεύγει ότι πάνω από 150 χρόνια για τη διδασκαλία του ηλεκτρομαγνητισμού χρησιμοποιούμε μία έμπνευση του Φαραντέυ, τις δυναμικές γραμμές, έννοια που δεν αντιστοιχεί σε κάποιο φυσικό μέγεθος αλλά και που δεν χρησιμοποιείται για την αυστηρή επιστημονική διατύπωση των νόμων του ηλεκτρομαγνητισμού.
Για να ξαναγυρίσουμε στην ενέργεια, ενώ πρόκειται για ένα φυσικό μέγεθος καίριας σημασίας που γι αυτό γίνονται οι περισσότεροι πόλεμοι στον πλανήτη, ο μέσος πολίτης έχει πλήρη άγνοια του θέματος. Έτσι πείθεται ότι υπάρχουν συσκευές που αν τις βάλεις στη πρίζα εξασφαλίζεις εξοικονόμηση ενέργειας, παρακολουθεί από Υπουργούς διαδικασίες αποβολής της αρνητικής ενέργειας από ασθενείς ή εφευρέτες που παράγουν ενέργεια από νερό με την υποστήριξη και προστασία του Υπουργείου Άμυνας.
Γι αυτούς τους λόγους θεωρώ απαραίτητο να υιοθετήσουμε κοινή γλώσσα. Γιατί ως γνωστό αρχή σοφίας η των ονομάτων επίσκεψις. Δεν έχω πειστεί ότι είναι πιο απλό για έναν μαθητή να κατανοήσει τον μηχανισμό-τρόπο-διαδικασία όπως θέλετε πείτε το, μεταφοράς της ενέργειας από τον ήλιο στη γη μέσω έργου και όχι μέσω ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Εξ άλλου δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι όλες τις ονομασίες που χρησιμοποιούμε για την ενέργεια ή τους τρόπους-μηχανισμούς-διαδικασίες είναι συμβατικές ώστε να κάνουμε πιο κατανοητά τα πολύπλοκα φαινόμενα που συμβαίνουν γύρω μας. Στην ουσία μόνο δύο μορφές ενέργειας έχουμε. Τη δυναμική και την κινητική.
Καλό απόγευμα Δημήτρη.
Να το ξαναπώ; Από το 1ο μου σχόλιο έχω δηλώσει ότι ο 1ος νόμος μια χαρά είναι, ενώ διατύπωσα ένα προβληματισμό για τα της διδασκαλίας, θεωρώντας ότι:
“Έτσι χωρίς να αλλάξουμε τον 1ο Θ. Ν. η άποψή μου είναι ότι δεν κάνει κακό το ξεδίπλωμα της εξίσωσης σε 2ο επίπεδο, όπως κάνει ο συγγραφέας”…
Στην 2η τοποθέτησή μου, έγραψα:
“Εντάξει αν περάσουμε στη γενίκευση ότι “έργο είναι κάθε μορφή μεταφοράς ενέργειας, η οποία δεν οφείλεται σε διαφορά θερμοκρασίας”, έχεις δίκιο. Και αυτό σε τελευταία ανάλυση λέει η Θερμοδυναμική.”
Δεν είναι φανερό τι θέση έχω πάρει;
Αλλά αφού επιμένεις να ρωτάς το ίδιο πράγμα, σαν να ζητάς ομολογία “πίστεως”, οπότε είμαι υποχρεωμενος και γω να επανέρχομαι, ας κάνουμε μια προσπάθεια να το ξεκαθαρίσουμε για τι μιλάμε.
Γράφεις παραπάνω: “Θερμότητα είναι το μέρος της μεταβολής της εσωτερικής ενέργειας που δεν αντιστοιχεί σε μεταβολές μακροσκοπικών μεταβλητών και πραγματοποιείται λόγω διαφοράς θερμοκρασίας.”
Και στη συνέχεια: “η μεταφορά ενέργειας με ακτινοβολία , γενικά στην βιβλιογραφία , θεωρείται θερμότητα (πχ η ακτινοβολία από τον ήλιο στη γη, υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας ήλιου γης).”
Δηλαδή η διάδοση της ακτινοβολίας από τον Ήλιο στη Γη οφείλεται στη διαφορά θερμοκρασίας;
Αλλά και γενικά η διάδοση του ηλεκτρομαγνητικού κύματος στηρίζεται στη διαφορά θερμοκρασίας;
Και τότε στο κενό γιατί διαδίδεται το ΗΜΚ, θα ρώταγε ένας “μαθητής σε σύγχυση”, ένας μαθητής τον οποίο προσπαθεί ο Jewett να “ξεμπλοκάρει”…
Καλησπέρα Διονύση. Θα προσπαθήσω να απαντήσω στο τελευταίο τμήμα του σχολίου σου. Όπως το καταλαβαίνω η θερμοδυναμική είναι ένα γενικό πλαίσιο και δεν ασχολείται με την φύση των οντοτήτων για τις οποίες μιλάει. Η ενέργεια που απορροφά η γη από την ακτινοβολία του ήλιου είναι η θερμότητα. Η ακτινοβολία του ήλιου στον κενό χώρο δεν είναι θερμότητα Είναι ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα με ροή ενέργειας που εκφράζεται από το διάνυσμα Poynting.
Διονύση για τα υπόλοιπα που γράφεις. Λες «…έχω δηλώσει ότι ο 1ος νόμος μια χαρά είναι, (…) θεωρώντας ότι:
Έτσι χωρίς να αλλάξουμε τον 1ο Θ. Ν. η άποψή μου είναι ότι δεν κάνει κακό το ξεδίπλωμα της εξίσωσης σε 2ο επίπεδο». Στο αρχικό σου σχόλιο όμως έχεις γράψει και «δεν νομίζω ότι πρέπει να μας περιορίζει για να αναφερθούν και τρόποι μεταφοράς ενέργειας, που δεν είναι έργο ούτε θερμότητα.» Αυτά προφανώς είναι αντιφατικά. Αν σαν ξεδίπλωμα της εξίσωσης εννοούσες αναφορά σε διάφορα είδη έργου και θερμότητας δεν θα υπήρχε πρόβλημα. Αυτό όμως ακυρώνεται όταν μιλάς για τρόπους μεταφοράς ενέργειας, που δεν είναι έργο ούτε θερμότητα. Στο επόμενο σχόλιο σου αφήνεις να εννοηθεί ότι συμφωνείς σε επίπεδο θεωρίας με αυτά που έγραψα. Τελικά λοιπόν νομίζω ότι χρειάζεται να διευκρινήσεις αν θεωρείς ότι υπάρχουν και τρόποι μεταφοράς ενέργειας, που δεν είναι έργο ούτε θερμότητα.
Για το confused student. Γιατί θεωρείς ότι αναφέρεται σε μαθητές και όχι σε φοιτητές;
Τέλος γράφεις ότι «…ένας μαθητής τον οποίο προσπαθεί ο Jewett να “ξεμπλοκάρει”…». Δεν ξέρω αν ξεμπλοκάρει κάποιον ο Jewett. Είδαμε όμως ότι οδηγεί σε αντιλήψεις του είδους ότι ‘Οι διαδικασίες μεταφοράς ενέργειας δεν είναι μόνο 2 το έργο και η θερμότητα, είναι 6(!)’ (Και γιατί όχι 7 θα έλεγε ένας χημικός , γιατί να μην συμπεριλάβουμε και το χημικό έργο;)
Καλημέρα Δημήτρη.
Γράφεις:
“Όπως το καταλαβαίνω η θερμοδυναμική είναι ένα γενικό πλαίσιο και δεν ασχολείται με την φύση των οντοτήτων για τις οποίες μιλάει. Η ενέργεια που απορροφά η γη από την ακτινοβολία του ήλιου είναι η θερμότητα. Η ακτινοβολία του ήλιου στον κενό χώρο δεν είναι θερμότητα Είναι ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα με ροή ενέργειας που εκφράζεται από το διάνυσμα Poynting.”
Τι καταλαβαίνω απο αυτό; Ότι δεν ξετάζουμε ποια είναι η φυσική πραγματικότητα, αλλά μιλάμε δηλωτικά με βάση το πλαίσιο που προκαταρκτικά θέτουμε.
Έτσι στο ερώτημα, τι είναι η διάδοση της ακτινοβολίας, μπορείς να απαντάς “Θερμότητα” ή ” ‘Εργο”, ανάλογα με το πλαίσιο…
Αυτό και μόνο αποδεικνύει ότι “δίκιο έχει ο μαθητής ή ο φοιτητής (δεν νομίζω ότι πρέπει να κολλήσουμε αν είναι μαθητής Γ΄Λυκείου στην Ελλάδα ή πρωτοετής στην Αμερική), να βρίσκεται σε σύγχυση!
Η στάση αυτή δικαιολογεί τις παραπέρα διευκρινήσεις πάνω στην ΑΔΕ, που προσπαθεί να δώσει ο Jewett.
Αλλά με την ίδια λογική, για να δούμε τι είναι αυτό που μου ζητάς συνεχώς διευκρίνηση; Είναι δύο ή περισσότεροι οι τρόποι μεταφοράς ενέργειας;
Προφανώς θα πρέπει να απαντήσω εντός «πλαισίου»!
Τι σημαίνει εντός πλαισίου, βασισμένο σε ορισμούς, στη Θερμοδυναμική;
Στην κλασική θερμοδυναμική ΟΡΙΖΟΥΜΕ:
-Θερμότητα τη μεταφορά ενέργειας που προκαλείται από διαφορά θερμοκρασίας
-Έργο τη μεταφορά ενέργειας που δεν προκαλείται από διαφορά θερμοκρασίας
Τι ακριβώς λέει ο ΟΡΙΣΜΟΣ;
Το έργο ορίζεται αρνητικά — είναι οτιδήποτε δεν είναι θερμότητα.
Αλλά τότε η δήλωση
«Η μεταφορά ενέργειας συμβαίνει μόνο ως θερμότητα ή έργο» είναι πάντα αληθής αφού:
• Ορίσαμε τη θερμότητα ως έναν τύπο
• Ορίσαμε το έργο ως οτιδήποτε άλλο
Αυτό καθιστά τη δήλωση ταυτολογική εντός του πλαισίου. Δεν υπάρχει κανένα τρίτο ενδεχόμενο, με βάση τον ορισμό!!!
Είναι παρόμοιο με το να λέμε:
«Κάθε τετράπλευρο έχει τέσσερεις πλευρές».
Ναι, είναι σωστό…
Η διαφωνία που έχει προκύψει είναι αν η ενέργεια διαδίδεται γίνεται μέσω έργου και θερμότητας ή μέσω πολλών διαδικασιών όπως κυμάτων ηλεκτρομαγνητικών ή μηχανικών μέσω μάζας μέσω ηλεκτρισμού κλπ. Γι’ αυτό θα μου επιτρέψετε να εκφράσω ορισμένες σκέψεις μου για το θέμα.
Η αντιπαράθεση μεταξύ αυτών των δύο απόψεων θεωρώ ότι προέρχεται από το γεγονός ότι δεν έχει γίνει πλήρως αντιληπτός ο διαχωρισμός μεταξύ μικρόκοσμου και μακρόκοσμου. Η επικρατούσα άποψη στο χώρο των φυσικών επιστημών είναι ότι ο κόσμος που αντιλαμβανόμαστε μέσω των αισθήσεών μας αποτελείται αποκλειστικά από στοιχειώδη σωματίδια. Στοιχειώδες κβαντικές οντότητες όπως θα λέγαμε πιο σωστά. Οι οντότητες αυτές χωρίζονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες. Στα φερμιόνια ( κουάρκς, ηλεκτρόνια, νετρίνα ) που αποτελούν το σκελετό του κόσμου και στα μποζόνια ( φωτόνια, γλουόνια, Z, W Higgs ) που αποτελούν την κόλλα. Τα μποζόνια είναι υπεύθυνα για την αλληλεπίδραση μεταξύ των φερμιονίων αλλά μερικές φορές και την αλληλεπίδραση μεταξύ τους. Αποτελούν τα συστατικά των κβαντικών πεδίων όπως λέμε.
Όλα τα στοιχειώδη σωματίδια χαρακτηρίζονται από κάποιες ιδιότητες, όπως το spin, ο λεπτονικός αριθμός, η χάρη, η παραδοξότητα, η μάζα, η ενέργεια κλπ. Ο τρόπος οργάνωσης και αλληλεπίδρασης των σωματιδίων φτιάχνει τα πάντα. Η οργάνωση πραγματοποιείται σε πολλά επίπεδα. Αρχίζει με τη δημιουργία ιόντων και πυρήνων και συνεχίζει με τη δημιουργία ατόμων, μορίων, μακρομορίων, μονοκύτταρων οργανισμών, πολυκύτταρων και τέλος έλλογης ζωής. Σε κάθε επίπεδο αναδύονται και νέες ιδιότητες και νόμοι.
Η θεωρία σχετικότητας, η θερμοδυναμική, ο ηλεκτρομαγνητισμός κλπ είναι μακροσκοπικές θεωρίες. Δημιουργήθηκαν για την ερμηνεία μακροσκοπικών ιδιοτήτων. Η κβαντομηχανική, η χρωμοδυναμική, η θεωρία χορδών κλπο είναι θεωρίες που αναφέρονται στο μικρόκοσμο. Υπάρχουν ιδιότητες του μικρόκοσμου που επεκτείνονται και στον μακρόκοσμο, όπως πχ η μάζα, η ενέργεια η ορμή, το φορτίο κλπ. Υπάρχουν ιδιότητες που αναφέρονται μόνο στον μικρόκοσμο όπως το spin ο λεπτονικός αριθμός, η παραδοξότητα κλπ. Και τέλος υπάρχουν και ιδιότητες που αναφέρονται μόνο στο μακρόκοσμο όπως το χρώμα, η συχνότητα, το μήκος κύματος, η ένταση του ηλεκτρικού και του μαγνητικού πεδίου, το έργο, η θερμότητα, η δύναμη, κλπ.
Μετά από αυτή τη μικρή εισαγωγή θα πρέπει να πούμε ότι η μάζα και η ενέργεια είναι δύο διαφορετικές ιδιότητες των στοιχειωδών σωματιδίων που συνδέονται μεταξύ τους με τη σχέση Ε^2=p^2c^2+m^2c^4
Από την παραπάνω σχέση παρατηρούμε ότι:
1. Υπάρχουν σωματίδια χωρίς μάζας όπως τα φωτόνια και τα γκλουόνια που Ε=pc δεν υπάρχουν όμως σωματίδια με μηδέν ενέργεια αφού το πρώτο μέλος της εξίσωσης δεν μπορεί να μηδενιστεί.
2. Η ενέργεια ενός σωματιδίου που έχει μάζα εξαρτάται και από την ταχύτητά του η οποία επηρεάζει την ορμή του
3. Η ενέργεια ενός άμαζου σωματιδίου δεν εξαρτάται από την ταχύτητά του αφού κινείται υποχρεωτικά με την ταχύτητα του φωτός αλλά μπορεί να πάρει οποιαδήποτε τιμή ανάλογα με την ορμή του.
4. Όταν αλληλεπιδρούν δύο φερμιόνια ανταλλάσσουν δυνητικά μποζόνια. Λόγω της αλληλεπίδρασης έχουμε μεταβολή στην κινητική ενέργεια του συστήματος των φερμιονίων η οποία αλλάζει σε σχέση με την απόσταση. Τη μεταβολή στην κινητική ενέργεια την ονομάζουμε δυναμική του συστήματος.
Από την παραπάνω ανάλυση καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι η ενέργεια ενός συστήματος οφείλεται πάντα
Α) στο πλήθος και το είδος των σωματιδίων
Β) στην κίνηση των σωματιδίων
Γ) στην αλληλεπίδραση των σωματιδίων
Αν ονομάσουμε την Α και Β κινητική ενέργεια και την Γ δυναμική τότες καταλαβαίνουμε ότι όλες οι ενέργειες δεν είναι τίποτε άλλο από κινητικές και δυναμικές.
Όλες οι ενεργειακές μετατροπές δεν είναι τίποτε άλλο παρά αλληλεπιδράσεις των στοιχειωδών σωματιδίων μέσα από τους κανόνες της κβαντομηχανικής. Όταν πχ σπρώχνουμε ένα σώμα δημιουργούμε μία ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση των ηλεκτρονίων του χεριού μας με τα ηλεκτρόνια της επιφάνειας του σώματος μέσω δυνητικών φωτονίων. Η αλληλεπίδραση αυτή επεκτείνεται σε όλα τα μόρια-ιόντα του στερεού σώματος που σπρώχνουμε με αποτέλεσμα όλα ν’ αποκτούν την ίδια ταχύτητα και να μετακινούνται. Η αλληλεπίδραση στο χώρο του μικρόκοσμου είναι φοβερά πολύπλοκη και γι αυτό επινοούμε έννοιες και φυσικά μεγέθη όπως τη δύναμη και το έργο εν προκειμένω ώστε να απλοποιήσουμε και να κάνουμε πιο κατανοητό αυτό το φαινόμενο. Γενικά στο μακρόκοσμο επινοούμε έννοιες – φυσικά μεγέθη όπως έργο, θερμότητα, ακτινοβολία, ηλεκτρική ενέργεια, ηλεκτρικό και μαγνητικό πεδίο κλπ κλπ ώστε να κάνουμε πιο κατανοητή αυτή την τεράστια πολυπλοκότητα.
Διονύση καλό μεσημέρι. Στα τελευταία σχόλια σου νομίζω ότι κάνεις διάφορες λογικές ακροβασίες παίζοντας με την λέξη πλαίσιο. Αναφερόμενος σε γενικό πλαίσιο δεν εννοούσα βέβαια ένα πλαίσιο αναφοράς που επιλέγουμε κατά περίπτωση. Αναφερόμουν στον γενικό φορμαλισμό της θερμοδυναμικής ο οποίος περιορίζει όλες τις φυσικές διαδικασίες ανεξάρτητα από την φύση τους και χωρίς να ασχολείται με τις λεπτομέρειες τους. Γράφεις «Έτσι στο ερώτημα, τι είναι η διάδοση της ακτινοβολίας, μπορείς να απαντάς “Θερμότητα” ή ” ‘Εργο”, ανάλογα με το πλαίσιο…» Που έγραψα εγώ κάτι τέτοιο; Υπονόησα κάπου κάποια μορφή σχετικοποίησης; Νομίζω έγραψα συγκεκριμένους ορισμούς για το έργο και την θερμότητα (οι οποίοι δεν είναι αυτοί που αναφέρεις) Όσον αφορά για την ταυτολογία που γράφεις. Είναι προφανές ότι το ερώτημα «Δέχεσαι ότι υπάρχουν 2 μόνο τρόποι μεταφοράς ενέργειας , θερμότητα και έργο;» είναι ισοδύναμο με το ερώτημα «Δέχεσαι ότι οι δοθέντες ορισμοί έργου και θερμότητας είναι σωστοί και σκόπιμοι;»
Τελικά νομίζω ότι για να μπορέσουμε να συνεννοηθούμε πρέπει να ξεκαθαρίσουμε ορισμένα πράγματα.
1) Θεωρείς ότι οι ορισμοί που έγραψα για το έργο και την θερμότητα είναι σύμφωνοι με την θερμοδυναμική ή υπάρχει κάποια αλλοίωση; Υπάρχει κάτι από αυτά που έγραψα το οποίο δεν είναι σύμφωνο με την θερμοδυναμική;
2) Όταν έγραψες «δεν νομίζω ότι πρέπει να μας περιορίζει (ο 1ος ΘΝ, σ.σ.) για να αναφερθούν και τρόποι μεταφοράς ενέργειας, που δεν είναι έργο ούτε θερμότητα» , ποιους ακριβώς ορισμούς έργου και θερμότητας είχες στο μυαλό σου;
3) Σε προηγούμενο σχόλιο μου έγραψα: «Η γνώμη μου είναι ότι δεν πρέπει να μπερδεύουμε την βασική θεωρία με διδακτικές τεχνικές. Να συμφωνήσουμε πρώτα τι λέει η βασική θεωρία (η θερμοδυναμική) για το ζήτημα μας και μετά να συζητήσουμε τι και πως μπορούμε να περάσουμε στους μαθητές λυκείου» Συμφωνείς με αυτό;
Καλησπέρα Δημήτρη.
Συζητάμε τώρα δυο μέρες, αλλά μάλλον δεν προχωράμε και η συζήτηση καταλήγει αδιέξοδη, όταν μου αποδίδεις «λογικές ακροβασίες» ή με καλείς να δώσω ορισμούς για το έργο και την θερμότητα.
Αγνοώντας επιδεικτικά την θέση, που από την αρχή υποστήριξα, ότι μια χαρά τα συνοψίζει ο 1ος θερμοδυναμικός νόμος, δεν χρειάζεται να προσθέσουμε άλλους προσθετέους, αλλά:
«Όταν διδάσκουμε στο σχολείο τον 1ο νόμο, ορίζουμε το έργο W σαν την ενέργεια που μεταφέρεται στο σύστημα, μέσω έργου κάποιας δύναμης, μια άκρως οργανωμένη μεταφορά ενέργειας και της θερμότητας, η οποία οφείλεται σε άτακτη μεταφορά ενέργειας, η οποία πραγματοποιείται λόγω διαφοράς θερμοκρασίας και εδώ σιωπηλά βάζουμε στο τσουβάλι και κάθε άλλη μεταφορά, όπως π.χ. μέσω ακτινοβολίας. Είναι αυτή μεταφορά λόγω διαφοράς θερμοκρασίας; Έτσι χωρίς να αλλάξουμε τον 1ο Θ. Ν. η άποψή μου είναι ότι δεν κάνει κακό το ξεδίπλωμα της εξίσωσης σε 2ο επίπεδο, όπως το κάνει ο Jewett.»
Είναι όλα τόσο ξεκάθαρα ορισμένα μέσω των συζυγών δυνάμεων και των αντίστοιχων συζυγών γενικευμένων μετατοπίσεων, όπου δεν είναι ανάγκη να εξηγήσουμε, τίποτα άλλο, παρά να δώσουμε στους μαθητές (αφού λάβουμε υπόψη και την μεταβολή της εντροπίας) την εξίσωση:
Για τις αντιστρεπτές μεταβολές και …καθαρίσαμε. Και όποιος δεν κατάλαβε, κακό του κεφαλιού του.
Δεν υπάρχουν σημεία προς διευκρίνηση, όπως πού θα βάλει ο μαθητής την ακτινοβολία. Τι τρόπος μεταφοράς είναι αυτός; Είναι έργο, είναι θερμότητα; Είναι απλά ξεκάθαρο:
«Η ενέργεια που απορροφά η γη από την ακτινοβολία του ήλιου είναι η θερμότητα. Η ακτινοβολία του ήλιου στον κενό χώρο δεν είναι θερμότητα. Είναι ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα με ροή ενέργειας που εκφράζεται από το διάνυσμα Poynting.»
Εξάλλου είναι πολύ σαφές ότι «η μεταφορά ενέργειας με ακτινοβολία , γενικά στην βιβλιογραφία , θεωρείται θερμότητα (πχ η ακτινοβολία από τον ήλιο στη γη, υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας ήλιου γης).»
Η διάδοση της ακτινοβολίας στο κενό είναι Έργο, αλλά από τον Ήλιο στη Γη μεταφέρεται λόγω διαφοράς θερμοκρασίας, άρα είναι Θερμότητα. Καμία αντίφαση. Όλα είναι ξεκάθαρα!
Και αν είμαι στο γραφείο μου στους 20°C και μια ακτίνα φωτός διαχέεται από το φύλλο του απέναντι δένδρου στην αυλή μου, όπου η θερμοκρασία είναι 5°C και περνώντας από το τζάμι φτάνει στο μάτι μου, αυτή μετέφερε ενέργεια, από το φύλλο στο μάτι μου, λόγω διαφοράς θερμοκρασία, άρα είναι θερμότητα.
Αλλά και αν τοποθετήσω δύο τούβλα με θερμοκρασία 1.000Κ, το ένα απέναντι στο άλλο, δεν εκπέμπεται ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία από το ένα στο άλλο; Δεν εκπέμπουν και τα δύο τούβλα; Δεν απορροφούν και τα δύο; Δεν μεταφέρεται ενέργεια από το ένα στο άλλο και αντίστροφα; Φαντάζομαι πώς όχι, αφού δεν υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας.
Όλα αυτά δεν χρειάζεται να προβληματίσουν κανένα. Το ερώτημα είναι πόσες μορφές μεταφοράς ενέργειας προβλέπει ο 1ος νόμος.
Λοιπόν Δημήτρη υπάρχουν δύο μόνο διαδικασίες μεταφοράς ενέργειας. Και αυτές είναι το έργο και η Θερμότητα.
Όλα τα άλλα είναι για να ασχολούνται κάποιοι άσχετοι. Μην δίνεις σημασία.
Η απάντησή μου, προφανώς είναι «εντός πλαισίου», για να μην μείνει απορία, σε τι αναφέρεται το προηγούμενο σχόλιο…
Καλό απόγευμα Δημήτρη και σε ευχαριστώ που μου έδωσες την ευκαιρία να επικοινωνήσω μερικές σκέψεις, έστω και αν δεν σε βρίσκουν σύμφωνο.
Καλησπέρα παιδιά.
Για να καταλάβω κάτι μια περίπτωση:
Ένα γυάλινο δοχείο περιέχει αέρα.
Περιστρέφεται από μηχανισμό γρήγορα.
Βομβαρδίζεται από μικροκύματα (η πηγή τους αριστερά).
Μια μπαταρία (δεξιά) ρευματοδοτεί μια αντίσταση και το θερμαίνει.
Σε μερικά λεπτά σταματάμε περιστροφή, μικροκύματα, ρεύμα.
Το αφήνουμε ώστε να βρεθεί σε κατάσταση ισορροπίας.
Το αέριο έχει μεγαλύτερη θερμοκρασία και εσωτερική ενέργεια.
Που θα συμπεριλάβουμε την ενεργειακή συνεισφορά κάθε παράγοντα;
Στο Q , στο W ;
Διονύση δυστυχώς στο τελευταίο σχόλιο σου εξετράπης σε ειρωνείες και διαστρέβλωση (πουθενά δεν έγραψα ότι η ακτινοβολία στο κενό είναι έργο). Απέφυγες να απαντήσεις στα καθαρά ερωτήματα μου και ανακάτεψες στην συζήτηση ζητήματα διδακτικής ενώ είχες συμφωνήσει πριν ότι αυτά που γράφουμε εδώ δεν αφορούν μαθητές. Ας κρίνουν οι αναγνώστες αυτών των σχολίων αν είναι συμβατή η μορφή του 1ου ΘΝ με την θεώρηση τρόπων μεταφοράς ενέργειας που δεν είναι έργο ή θερμότητα.
Γιάννη καλησπέρα. Στο ερώτημα σου θα προτιμήσω μια απρόσωπη απάντηση , αυτήν του chatgpt. Απαντά λοιπόν η ΤΝ: «Πολύ καλή ερώτηση — αφορά άμεσα τον 1ο νόμο της Θερμοδυναμικής: ΔU=Q+W Το σύστημα είναι το αέριο μέσα στο δοχείο.
1. Περιστροφή του δοχείου Αν το δοχείο περιστρέφεται μέσω άξονα ή μηχανισμού που του ασκεί ροπή, τότε μεταφέρεται ενέργεια στο σύστημα μέσω μηχανικού έργου. Αυτό καταγράφεται ως έργο W (έργο άξονα – shaft work).
2. Μικροκύματα Τα μικροκύματα είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Δεν είναι μηχανικό έργο. Είναι μεταφορά ενέργειας λόγω ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Στη θερμοδυναμική μακροσκοπική περιγραφή αυτό ταξινομείται ως: Θερμότητα Q Γιατί είναι ενέργεια που μεταφέρεται χωρίς μακροσκοπική μηχανική αλληλεπίδραση.
3. Αντίσταση που θερμαίνεται από μπαταρία Η μπαταρία δίνει ηλεκτρική ενέργεια στην αντίσταση. Η ενέργεια μεταφέρεται στο σύστημα μέσω ηλεκτρικού έργου (ρεύμα × τάση). Άρα: Καταγράφεται ως έργο W (ηλεκτρικό έργο).
Η θερμότητα που παράγει η αντίσταση μέσα στο αέριο είναι εσωτερικός μετασχηματισμός ενέργειας — δεν είναι επιπλέον Q.
Μετά τη διακοπή Όταν σταματήσουν όλα και το σύστημα φτάσει σε ισορροπία:
ΔU=Qμικροκυμάτων+Wπεριστροφής+Wηλεκτρικό Η αύξηση της θερμοκρασίας και της εσωτερικής ενέργειας οφείλεται στο άθροισμα αυτών.
Βαθύτερη φυσική παρατήρησηΗ διάκριση Q και W δεν είναι ιδιότητα της ενέργειας, αλλά του τρόπου μεταφοράς της.
· Μηχανικά ή ηλεκτρικά οργανωμένη μεταφορά → W
· Ανοργάνωτη μεταφορά μέσω τυχαίας μοριακής διέγερσης → Q
Καλησπέρα και πάλι. Βρήκα κάτι που δείχνει ότι η θερμότητα μεταφέρεται και μέσω ακτινοβολίας, τουλάχιστον αυτό λέει το ακόλουθο βιβλίο θερμοδυναμικής.
Μεταφέρω από το βιβλίο Fundamentals of Thermodynamics των Borgnakke-Sonntag, 8 ed. σελ. 99-100.
Γνωρίζουμε ότι τα μόρια της ύλης έχουν μεταφορική (κινητική), περιστροφική και δονητική ενέργεια. Η ενέργεια σε αυτές τις μορφές μπορεί να μεταδοθεί στα γειτονικά μόρια μέσω αλληλεπιδράσεων (συγκρούσεων) ή μέσω ανταλλαγής μορίων, έτσι ώστε η ενέργεια να εκπέμπεται από μόρια που έχουν κατά μέσο όρο περισσότερη (υψηλότερη θερμοκρασία) σε μόρια που έχουν κατά μέσο όρο λιγότερη (χαμηλότερη θερμοκρασία). Αυτή η ανταλλαγή ενέργειας μεταξύ μορίων είναι μεταφορά θερμότητας μέσω αγωγής …
Δίνεται από το νόμο του Fourier Q = -kA(dT/dx)
Ένας διαφορετικός τρόπος μεταφοράς θερμότητας λαμβάνει χώρα όταν ένα μέσο ρέει, ο οποίος ονομάζεται μεταφορά θερμότητας με συναγωγή. Παραδείγματα είναι ο άνεμος που φυσά πάνω από ένα κτίριο ή η ροή μέσω εναλλακτών θερμότητας, που μπορεί να είναι αέρας που ρέει πάνω/μέσα από ένα καλοριφέρ με νερό που ρέει μέσα στις σωληνώσεις του καλοριφέρ…
Δίνεται από το νόμο του Νewton Q = AhΔΤ
Ο τελευταίος τρόπος μεταφοράς θερμότητας είναι η ακτινοβολία, η οποία μεταδίδει ενέργεια ως ηλεκτρομαγνητικά κύματα στο διάστημα. Η μεταφορά μπορεί να συμβεί σε κενό χώρο και δεν απαιτεί ύλη, αλλά η εκπομπή (δημιουργία) της ακτινοβολίας και η απορρόφηση απαιτούν την παρουσία μιας ουσίας…
Αυτή δίνεται από τη σχέση Q = εσΑΤ^4
σ = η σταθερά Stefan-Boltzmann, το ε = κλάσμα (ικανότητα εκπομπής) της ακτινοβολίας ιδανικού μέλανος σώματος.
Βέβαια εδώ δεν υπάρχει η διαφορά θερμοκρασίας ΔΤ αλλά η θερμοκρασία Τ της επιφάνειας που εκπέμπει την ακτινοβολία. Ορίζει όμως τη θερμότητα ως τη μορφή ενέργειας που μεταφέρεται πέρα από τα όρια ενός συστήματος σε μια δεδομένη θερμοκρασία σε ένα άλλο σύστημα (ή στο περιβάλλον) σε χαμηλότερη θερμοκρασία λόγω της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ των δύο συστημάτων.