Представление физических процессов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Физические процессы

Физика - это наука о процессах в природе. Физический процесс - это последовательная смена состояний объекта. Учёные наблюдают процессы, анализируют их и, если возможно ставят эксперименты, чтобы выявить закономерности, участвующих в этих процессах тел или частиц. Если эксперименты невозможны, то учёные предлагают модели процессов. Если процесс и сам объект не наблюдается и не регистрируется, то его в природе просто нет. Если процесса и объекта в природе нет, то разговоры о нём просто математические фантазии или извращённое понимание природы, как, например, СТО Эйнштейна.

Вот несколько неординарных примеров, когда процесс и объект не наблюдаемый, но зато регистрируемый и пример, когда процесса нет.

1. Вопрос о существовании объектов "чёрная дыра". Объект "чёрная дыра" не наблюдаемый, но зато регистрируемый. О его конкретном расположении указывают светящиеся звёзды, которые связаны с ним гравитационным взаимодействием и обращаются вокруг него.

2. Вопрос о существовании нейтрино. Все реакции синтеза связаны с излучением обменных частиц фотонов и нейтрино. И, наоборот, при реакции распада именно такие же частицы должны быть поглощены. Если фотоны можно зарегистрировать и замерить, то нейтрино замерить нельзя, но можно зарегистрировать через дефект массы (энергию связи). Дефект массы указывает о наличии и материальности существовании нейтрино.

3. Теперь про процессы и объекты СТО Эйнштейна. СТО Эйнштейна утверждает, что пространство сокращается. Разве Вы можете видеть как пространство сокращается или Вы можете это замерить? Ответ однозначный - нет. Значит такого процесса в природе нет, также как нет и самого объекта. Ведь пространство - это пустота, а пустота не может сокращаться, так как это пустота.

Формулы

Если процесс наблюдаемый и регистрируемый, тогда учёные представляют модель процесса математически в виде формул. Модель (формула) должна описывать закономерности, участвующих в этих процессах тел или частиц. Модель должна быть взаимосвязана с другими процессами и не противоречить другим процессам. При анализе процессов должны соблюдаться научная методология, причинно-следственная связь и логическая последовательность. В результате анализа процесса учёные получают основную формулу описывающую данный процесс.

Всё ли в этих формулах близко к реальности? Нет ли там ошибок или даже фальсификаций?

Рассмотрим, как получаются формулы.

Во-первых, необходимо наличие самого наблюдаемого или регистрируемого физического процесса с объектом, а не какие-то фантазии типа сокращается пространство, но увидеть это невозможно и померить тоже.

Во-вторых, необходим эксперимент или модель процесса, в которой выявлены закономерности и все параметры физических величин, связанных между собой.

В-третьих, необходим обязательно эксперимент по определению коэффициента пропорциональности. В случае силовых взаимодействий - это единичная сила.

Коэффициенты пропорциональности

Рассмотрим несколько разных вариантов формул основных физических процессов в природе.



1. Формула гравитационного взаимодействия

В 1683г. Ньютон на основании анализа законов Кеплера теоретически создал модель закона всемирного тяготения в виде формулы .

В последствии коэффициент пропорциональности вычислили в результате эксперимента.

Этим экспериментом подтвердился закон открытый Ньютоном и формула стала

, где H.

Коэффициент пропорциональности обязан согласовать размерности левой и правой частей уравнения, а также содержать в себе единичную силу взаимодействия, являющуюся показанием динамометра или устройства его заменяющего.

Формула Ньютона - это образец, как надо действовать в науке.

2. В 1785г. Кулон экспериментально нашёл зависимость взаимодействия между неподвижными зарядами .

Но коэффициент пропорциональности как единичная сила не был экспериментально вычислен.

Тогда ещё не знали как измерять электрические заряды.

В такой же ситуации оказался и Ампер. В 1820г.

Ампер экспериментально нашёл зависимость взаимодействия между проводниками с электрическим током .

Но коэффициент пропорциональности как единичная сила не был экспериментально вычислен.

Пользоваться этими формулами было невозможно.

Необходимы были эксперименты по вычислению коэффициентов пропорциональности, которые являются единичными силами взаимодействий.

В 1864г. Максвелл теоретически придумал коэффициенты сразу одновременно для формулы Кулона и для формулы Ампера так, чтобы из них получалась придуманная им формула .

Эти коэффициенты вычислены один через другой и скорость света. Но теоретически придумывать коэффициенты пропорциональности к формулам силовых взаимодействий нельзя, они должны вычисляться обязательно в результате эксперимента и только по динамометру или устройству его заменяющего.

Естественно, что эти коэффициенты не могут содержать в себе никаких констант типа 4^.р.

Коэффициенты и - это просто жульничество, замаскированное якобы переводом коэффициентов пропорциональности из СГС в СИ.

Однако нет экспериментов, нет и коэффициентов. Необходимо дождаться проведения экспериментов по определению коэффициентов пропорциональности (единичные силы взаимодействия или электрическая и магнитная постоянные) в формулах Кулона и Ампера.

Итак, мы рассмотрели два случая, когда коэффициент пропорциональности определён экспериментально и он не вызывает сомнений, являясь эталоном порядочности в науке - это формула закона Ньютона.

И второй случай, когда Максвелл без эксперимента "вывел" (п

3. Рассмотрим формулу гипотезы Планка о связи частоты и энергии фотона.

Эту формулу экспериментально подтвердить невозможно и, естественно, коэффициент пропорциональности неизвестен. Планк вместо экспериментально полученного коэффициента подбирает на его место что-нибудь из того, что имеется в других формулах. Но те формулы связаны только с конкретным диапазоном электромагнитного излучения, а формула предназначена для всех частотных диапазонов. Каков физический смысл этого коэффициента? На этот вопрос ответа нет. Кроме того, этот коэффициент, который назвали постоянная Планка, не является минимальным квантом (порцией энергии) в природе. Минимальным квантом в природе является энергия теряемая фотоном за одно колебание фотона. Энергия одного колебания фотона всегда величина постоянная и не от чего не зависящая. Естественно, что потеря энергии за одно колебание очень незначительная величина, поэтому поиски и расчёты её необходимо производить за как можно большее время полёта фотона (расстояние).

Можно рассчитать массу и энергию такой частицы потерь. Для этого необходимо взять какое-то время полёта фотона. На этом участке определить потерю энергии фотоном ДE = E₁ - E₂ = h^.н₁ - h^.н₂ и поделить на количество колебаний за время полёта N.

.

Для массы частицы получим

Задаваясь количественными значениями параметров, можно получить оценочные значения потерь фотона при одном колебании

Дж и кг.

Вот эти величины уже имеют физический смысл и статус как минимальные кванты в природе.

Что же делать с коэффициентом постоянная Планка? Ответ прост, пока никто ничего лучшего не смог предложить, необходимо пользоваться формулой гипотезы Планка и его коэффициентом - постоянная Планка. Другого выхода нет, он диктуется необходимостью.

Однако, необходимо помнить, что формула гипотезы Планка, не имеющая экспериментального подтверждения, не может участвовать в доказательствах других процессов. А численные значения, полученные с использованием постоянной Планка, чисто условные, только сохраняющие пропорциональность исчисления. Вероятно, что заложенная ошибочность в коэффициенте постоянная Планка всё же, где-то проявится, и нужно быть внимательным, чтобы этот момент не пропустить.

4.О коэффициентах пропорциональности в формулах СТО Эйнштейна.

В этой теории нет самого главного - процесса. Теория есть, а такого процесса в природе нет.

2. Классификация коррозионных сред, разрушений и процессов. Показатели скорости коррозии

Одним из весьма ощутимых проявлений окислительно-восстановительных процессов является коррозия -- процесс окисления металлов под влиянием внешней среды.

Абсолютно коррозионно-стойких металлов нет. Золото -- стойкое в обычных условиях -- растворяется в растворах цианидов калия или натрия вследствие образования устойчивых комплексных ионов. В результате коррозии металлические изделия теряют свои ценные технические свойства, поэтому важное значение имеет антикоррозионная защита металлов и сплавов.

Коррозия (от латинского corrodo) -- это разрушение конструкций и изделий из металлических материалов (металлов и сплавов), происходящее вследствие их физико-химического взаимодействия с окружающей средой, которую называют коррозионной (илиагрессивной), а образовавшиеся химические соединения -- продуктами коррозии.

Коррозия сопровождается выделением энергии (процессы коррозии протекают самопроизвольно и сопровождаются убылью энергии Гиббса (? G < 0) и рассеиваем продуктов коррозии в окружающей среде. Процесс коррозии железа и его сплавов называютржавлением.

Коррозионные среды бывают жидкими и газообразными, токопроводящими и неэлектролитами, естественными и искусственно созданными.

К газообразным относятся природная атмосфера и газы, образующиеся при сгорании топлива или выделяющиеся в различных химических производствах.

Жидкие -- это жидкости-электролиты (водные растворы солей, кислот, щелочей, морская вода) и жидкости неэлектролиты (сернистая нефть, бензин, керосин и др.).

Естественными, кроме атмосферы, являются вода и почва, искусственными-- многие химические вещества.

По характеру разрушения поверхности различают коррозию:

а) сплошную (общую), при которой поражается вся поверхность изделия. Она бываетравномерной и неравномерной;

б) локальную (местьную), при котрой поражаются лишь отдельные участки поверхности. Она проявляется в виде пятен, язв и питтинга (точечного разрушения на большую глубину).

Существуют и другие виды разрушений:

1. эрозия -- механическое истирание, износ (т.е. разрушения, происходящие только вследствие физических причин);

2. кавитационная коррозия -- разрушение при одновременном ударном (механическое воздействие) и коррозионном воздействиях среды (коррозия лопастей гребных винтов),

3. коррозионная эрозия (разрушение при одновременном воздействии сил трения и коррозионной среды -- коррозия насосов, двигателей, турбин) и др.

Коррозия металлов всегда представляет собой процесс окисления:

Ме - ne ? Меⁿ⁺

По механизму процесса коррозию подразделяют на химическую и электрохимическую.Причина коррозии металлов и сплавов состоит в их термодинамической неустойчивости, поэтому коррозионные процессы протекают самопроизвольно и сопровождаются убылью энергии Гиббса ((? G < 0). Чем меньше (более отрицательно значение ? G коррозионного процесса, тем выше термодинамическая возможность (вероятность) его протекания. Для химической коррозии изменение стандартной энергии Гиббса ? G связано с константой равновесия соотношением ? G⁰ = - RT ln Kp. В случае электрохимической коррозии ? G⁰связана со стандартной ЭДС (Е⁰) уравнением ? G⁰ = nF·Е⁰.

Химическая и электрохимическая коррозия относятся к гетерогенным окислительно-восстановительным процессам, протекающим на поверхности металлов и сплавов (на границе раздела фаз материал -- коррозионная среда).

Гетерогенный процесс состоит из последовательно протекающих стадий:

-- диффузии частиц окислителя к поверхности металла,

-- их адсорбции на ней,

-- поверхностной химической реакции (в результате которой происходит окисление металла),

-- десорбции продуктов с поверхности, их переноса в объем коррозионной среды.

Скорость коррозии определяется скоростью наиболее медленной (лимитирующей) в данных условиях стадии, которая может иметь как химическую (окисление металла), так и физическую (диффузия электролита или газа) природу.

Наиболее часто для характеристики скорости коррозии используют показатель убыли массыи глубинный показатель.

Показатель убыли массы r_масс. указывает потерю массы в единицу времени? с единицы поверхности S испытуемого образца:

r_масс. = ?m / ?·S

Глубинный показатель r _глуб. определяется отношением средней глубины h разрушения металла в единицу времени ?:

r _глуб. = h / ?

В справочной литературе r _глуб. обычно приводится в мм/год.

3. Химическая коррозия: виды и разновидности

Химическая коррозия характерна для сред, преимущественно не проводящих электрический ток (иключение: опыт №1 из лабораторной работы -- там химическая коррозия протекает в растворе HCl). В зависимости от вида этих сред различают:

1. Химическую коррозию в жидкостях-неэлектролитах -- неэлектропроводных жидких средах, обычно органического происхождения (сернистая нефть, керосин, бензол);

2. Химическую газовую коррозию (в дальнейшем газовую), протекающую обычно при высоких температурах.

Эти два вида химической коррозии не сопровождаются возникновением электрического тока, т.е. представляют собой обычное окислительно-восстановительное (химическое) взаимодействие металла с окружающей средой.

Газовая коррозия является наиболее часто встречающимся видом химической коррозии и обычно протекает при высоких температурах в газах и парах агрессивных веществ, когда исключена возможность их конденсации на поверхности металла, поэтому ее называютвысокотемпературной коррозией. Это коррозия сопел ракетных двигателей, лопаток газовых турбин, элементов электронагревателей и др. К газовым коррозионным агентам относятся О₂, СО₂, SO₂, H₂O, H₂S, Cl₂. Их агрессивность по отношению к различным металлам не является одинаковой, следовательно, и скорость коррозии различается.

Рассмотрим пример наиболее часто встречающейся на практике газовой коррозии:--коррозия железа, чугуна и сталей в атмосфере О₂,, СО₂, и H₂O:

При нагревании этих материалов происходит их окисление:

Fe + H₂O ? FeO + H₂

Fe + CO₂ ? FeO + CO

2Fe + O₂ ? 2FeO

Состав продуктов окисления определяется главным образом температурой газовой коррозионной среды.

Наряду с окислением, в сталях и чугуне протекает процесс обезуглероживания -- обеднения поверхностного слоя углеродом вследствие взаимодействия карбида железа, содержащегося в них, с кислородом и кислородсодержащими реагентами:

Fe₃C + O₂ ? 3Fe + CO₂

Fe₃C + CO₂ ? 3Fe + 2CO

Fe₃C + H₂O ? 3Fe + CO + H₂

При этом ухудшаются их механические и антикоррозионные свойства.

Обезуглероживание может происходить и в атмосфере водорода:

Fe₃C + 2H₂ ? 3Fe + CН₄ ?

Этот вид газовой коррозии называют водородной. Наряду с обезуглероживанием одновременно осуществляется и наводороживание -- проникновение атомарного водорода в материал и последующее его растворение в нем, что ведет к резкому снижению пластичности металла.

4. Электрохимическая коррозия: причины и механизм возникновения

коррозия физический гравитационный модель

На практике чаще всего приходится иметь дело с электрохимической коррозией. Она, в отличие от химической, сопровождается возникновением электрического тока и протекает, как правило, в средах с хорошей ионной проводимостью.

По условиям осуществления различают:

-- коррозию в электролитах;

-- атмосферную коррозию;

-- электрокоррозию;

-- коррозию под напряжением и др.

Причинами возникновения электрохимической коррозии служат различные виды неоднородностей как самой поверхности металла или сплава, так и коррозионной среды. В результате вся поверхность, соприкасающаяся с токопроводящей коррозионной средой, разделяется на катодные и анодные участки, которые имеют очень малые размеры и чередуются друг с другом. В такой среде они представляют собой совокупность огромного числа короткозамкнутых коррозионных гальванических элементов, вследствие чего электрохимическую коррозию часто называют гальванической коррозией.

В СИСТЕМАХ ВОЗМОЖНО ВОЗНИКНОВЕНИЕ КОРРОЗИОННЫХ НЕ ТОЛЬКО МИКРО-, НО И МАКРОЭЛЕМЕНТОВ, НАПРИМЕР, ПРИ КОНТАКТЕ С ЭЛЕКТРОЛИТОМ ДВУХ СОПРИКАСАЮЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ИЗ МЕТАЛЛОВ РАЗЛИЧНОЙ АКТИВНОСТИ (ТАК НАЗЫВАЕТАЯКОНТАКТНАЯ КОРРОЗИЯ).

Механизм электрохимической коррозии сводится к возникновению и функционированию коррозионных гальванических макро- и микро-элементов., поэтому ее процессы аналогичны процессам, протекающим в химических источниках тока: гальванических и топливных элементах, аккумуляторах. Основное отличие коррозионных процессов -- отсутствие внешней цепи. Электроны в процессе коррозии не выходят из корродирующего металла, а перемещаются внутри него от анодных участков к катодным.

Процесс электрохимической коррозии представляет собой совокупность двух взаимосвязанных полуреакций., одновременно протекающих на поверхности металла:

а) анодной, сопровождающейся окислением атомов металла на анодных участках поверхности:

(-) А: Ме - ne ? Меⁿ⁺

б) катодной, сопровождающейся восстановлением окислителя (окисленной формы компонента Оф) коррозионной среды (электролита) на катодных участках поверхности:

(+) К: Оф + ne ? Вф

Окислители электрохимической коррозии называют деполяризаторами. К наиболее часто встречающимся деполяризаторам относятся молекулы О₂, Н₂О и ионы водорода Н⁺. Основными катодными реакциями с их участием при электрохимической коррозии являются:

1) в аэрированных (насыщенных кислородом) коррозионных средах:

нейтральных и щелочных (рН ? 7)

(+) К: О₂ + 2Н₂О + 4е ? 4ОН- (?⁰ = 0,401 В);

в кислотных (рН < 7)

(+) К: О₂ + 4Н⁺ + 4е? 2Н₂О (?⁰ = 1,229 В);

2) в деарированных (несодержащих растворенный кислород) коррозионных средах:

нейтральных и щелочных (рН ? 7)

(+) К: 2Н₂О + 2е ? Н₂ ? + 2ОН- (?⁰ = -0,828 В);

в кислотных (рН < 7)

(+) К: 2Н⁺ + 2е? Н₂ (?⁰ = 0 В);

Коррозию, сопровождающуюся восстановлением молекул кислорода (в аэрированных средах) называют коррозией с поглощением кислорода или коррозией с кислородной деполяризацией.

C кислородной деполяризацией протекают следующие виды электрохимической коррозии: атмосферная, подземная, в воде (пресной и морской), растворах солей. Коррозию, сопровождающуюся восстановлением молекул воды и ионов водорода называют коррозией с выделением водорода, или коррозией с водородной деполяризацией. В некоторых условиях электрохимическая коррозия может протекать одновременно и с водородной, и с кислородной деполяризацией -- так называемый смешанный вид деполяризации.

Процессы, описываемые записанными выше уравнениями, называют первичными процессами, а их продукты -- первичными продуктами коррозии. Кроме первичных при электрохимической коррозии протекают еще и вторичные процессы -- химические взаимодействия первичных продуктов друг с другом, с компонентами электролитной коррозионной среды, с растворенными в ней газами и др. При этом образуются пленки малорастворимых вторичных продуктов, например, гидроксидов, фосфатов металлов, которые затрудняют доступ электролита к поверхности металла. В результате снижается скорость электрохимической коррозии, а иногда коррозия и совсем прекращается.

Рассмотрим наиболее характерные и часто встречающиеся на практике случаи электрохимической коррозии.

Коррозионное разрушение сплава обусловлено его неоднородностью по химическому составу

Контактная коррозия связана с конструктивными особенностями изделий и машин и имеет место при их эксплуатации в реальных условиях. Часто в одном узле контактируют детали из разных металлов. В возникающем в электролитной среде коррозионном гальваническоммакрогальваноэлементе катодом является деталь, металл которой имеет больший потенциал, анодом -- деталь, изготовленная из металла с меньшим потенциалом. На рис.1 показана схема контактной коррозии двух листов железа, соединенных медными заклепками. Функционирует коррозионный гальванический макроэлемент.

Скорость этой разновидности электрохимической коррозии в целом тем больше, чем дальше отстоят друг от друга в ряду напряжений металлы, из которых изготовлены детали, образующие макрогальваноэлемент.

-- Коррозия под действием блуждающих токов (электрокоррозия). Блуждающими называют токи, ответвляющиеся от своего основного пути. Это токи утечки из электрических цепей или любые токи, попадающие в землю от внешних источников (пути электропоездов, заземления линий тока, электрические кабели и т.п.).

Блуждающие токи вызывают коррозию газо- и нефтепроводов, электрокабелей, различных металлических подземных сооружений. Радиус их действия исчисляется десятками километров. Обычно коррозионные разрушения бывают локального типа и располагаются в местах выхода токов в землю или воду. Для подземных трубопроводов и путей электропоездов это, как правило, места изолированных сочленений и плохого контакта рельсов на стыках соответственно, а также места с недостаточной изоляцией от земли. Они являются анодными зонами и подвергаются усиленной коррозии.

Рассмотренные случаи не исчерпывают всего многообразия электрохимических коррозионных процессов, но дают представления об основных видах неоднородностей, характере взаимодействия изделий с коррозионной средой и причинах возникновения потенциалов в коррозионных средах

Изменение концентрации растворенного вещества в поверхностном слое раствора (или на границе раздела фаз) называют адсорбцией. Если вещество поглощается всем объемом растворителя, то такой процесс называют абсорбцией.

Поверхностные явления определяют такие процессы, как пропитку, экстракцию, флотацию, смазку и др.

Флотация - метод обогащения полезных ископаемых, основанный на различной смачиваемости водой ценных минералов и пустой породы.



Список использованных источников

1. http://met-inv.com/informatsiya/stati/36-osnovnoe-menyu/informatsiya/stati/531-korroziya-metallov-i-splavov-sposoby-zashchity.

2. http://ru.wikipedia.org/wiki/%CA%EE%F0%F0%EE%E7%E8%FF.

3. http://studopedia.ru/1_77058_fizicheskie-protsessi.html.

4. http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/biologiya/PISHCHEVARENIE.html.

Размещено на Allbest.ru

...