Тепловое движение в ракетном двигателе

1
Тепловое движение в ракетном двигателе
Куватов Виктор Георгиевич
«В разделе физики, называемом молекулярной физикой, изучаются зависимости строения и физических свойств
тел от характера движения и взаимодействия между частицами, из которых состоят тела. Молекулярная физика
основывается на молекулярно-кинетической теории строения вещества. Согласно этой теории, все тела состоят из
мельчайших частиц-атомов, молекул или ионов, находящихся в непрерывном хаотическом движении, которое
называется тепловым движением. Экспериментальными
подтверждениями молекулярно-кинетической теории являются: броуновское движение, явления переноса в различных агрегатных состояниях вещества и другие явления.
Каждая молекула может в объеме газа испытать соударение с любой из ближайших к ней частиц и изменить
произвольным образом направление своего движения.
Соударения молекулы газа со стенкой может происходить
под любым углом. В итоге тепловое движение молекул
газов является беспорядочным и в среднем, в любом произвольном направлении внутри газа в любой момент времени движется одинаковое число молекул. Замкнутой
(изолированной) называется термодинамическая система,
которая не обменивается энергией ни в какой форме с
внешней средой. Подобные системы подчиняются закону
сохранения энергии: полная энергия изолированной системы остается неизменной при любых процессах, в ней происходящих». Так говорит классическая физика. К этому
можно добавить то, что каждая молекула бессчетно раз
меняет свое направление движения при соударении с
окружающими молекулами. Длина свободного, без соударения, пробега молекул зависит от многих факторов, в том
числе и от их совокупных движений. При нагреве газа все
молекулы имеют какую-то среднюю температуру, несут
соответствующую ей энергию. Через посредство взаимодействия со всеми молекулами, каждая молекула оказывает воздействие на любую точку поверхности сосуда, в
который заключен газ. Каждая молекула соударяется как
с окружающими молекулами, так и со стенками сосуда.
Полная энергия, без воздействия извне, остается неизменной. Путем воздействия извне будем охлаждать часть поверхности сосуда. Энергичные молекулы, попадая на
охлаждаемую поверхность, не возвращаются, отразившись
от стенки, а просто приклеиваются к ней. Что получилось?
Полная энергия газа уменьшилась на ту долю что несла
приклеившаяся молекула. Воздействие на стенки сосуда
уменьшилось на величину энергии приклеившейся молекулы во всех точках поверхности сосуда, естественно кроме
точки, к которой молекула приклеилась. Приклеившаяся
молекула покинула объем газа и в этом месте плотность
молекул уменьшилась, уменьшилось давление. Локализованное уменьшение давления при непрерывном уходе молекул на стенку сосуда приводит к появлению градиента
давлений, в каком- то направлении в среде газа. Возникает
процесс характеризуемый в термодинамике как явление
переноса. В среде газа, с ранее хаотичным движением
молекул, возникает направленный поток массы молекул.
Эти молекулы не оказали воздействия на все точки поверхности корпуса, кроме массированного воздействия на
ту часть поверхности корпуса, к которой происходит прилипание. В соответствии с законом сохранения импульса,
импульс прилипших молекул, передался корпусу сосуда.
Изотропность воздействия энергичного газа на стенки сосуда нарушилась, движение потока молекул локально
передалось, охлаждаемой части поверхности корпуса сосуда. Поток молекул возник не путем направленного воздействия, которое чревато отдачей, а за счет прилипания молекул и их уходу из объема газа в точке воздействия
направленного потока. Движение прилипших молекул
продолжается в дальнейшем совместно с корпусом сосуда,
естественно со скоростью соответствующей передаваемому
импульсу. Корпус прибора и объем газа заключенного в
нем можно рассматривать как замкнутую систему, но
реально это две самостоятельные, независимые системы.
При использовании эластичной оболочки в качестве
корпуса. Подобная оболочка практически не препятствует
физическим процессам, совершающимся в реальном газе.
Нагрев, расширение, изменение плотности. Участие в процессах теплообмена с окружающей средой, в том числе
механическое перемещение в потоках окружающего газа.
Воздушный шар, содержащий газ соответствующей плотности или температуры преодолевает силы тяготения при
взаимодействии, заключенного в нем газа, с окружающей
атмосферой. Наша цель выявить особенности взаимодействия систем газового объема и жесткого корпуса. Начнем
с простейшего опыта. Возьмем легкий герметичный корпус, поместим в него легко испаряемую жидкость, для
наглядности приведем соотношение их масс один к десяти.
Поставили на весы, зафиксировали вес 1,1 единицы. Переведем, путем нагревания, жидкость в состояние газа. Как
изменится показание весов при полном переходе жидкости
в состояние газа и будет ли оно изменяться при дальнейшем нагревании корпуса. Объем в приборе зафиксирован,
плотность газа постоянна. Взаимодействие газа с окружающей средой только посредством поля тяготения, поскольку оно вносит свое изменение в характер теплового движения молекул. Весы не покажут чистый вес корпуса, но их
показания будут меньше суммы масс корпуса и заключенного в нем газа. В состоянии жидкости ее воздействие
оказывалось только на увеличение совместного веса. При
переходе жидкости в состояние газа его воздействие распространилось на всю внутреннюю поверхность корпуса.
Поле тяжести воздействует на молекулы газа, изменяя их
траекторию в тепловом движении. Поэтому мы не получим в показании весов чистой массы корпуса, всегда будет
больше. Показания весов зависят от траектории теплового
движения молекул нагретого газа и в какой-то степени от
уровня нагрева. Вес газа обусловлен ударным воздействием молекул, изменивших свою траекторию под действием
силы тяготения, на нижнюю поверхность корпуса. Аналогичные процессы происходят в земной атмосфере. Формируется распределение атмосферного газа по плотности, чем
ближе к поверхности, тем больше плотность. Распределение плотности по высоте это уже градиент давлений, выталкивающий молекулы воздуха от поверхности. Устанавливается тонкое равновесие между этими двумя факторами. Конденсация паров в верхних слоях атмосферы усиливает градиент давлений, это приводит к перетокам воздуха.
Можно применить аналогичный способ превысить воздействие сил тяготения на изменение траектории теплового
2
движения молекул газа в предлагаемом приборе. В какойто локальной области поверхности корпуса, создаем условия необходимые для конденсации газа. Плотность газа в
этой области понизится, для компенсации этого явления
возникнет дополнительный приток молекул. При превышении искусственно созданным дополнительным притоком
молекул дополнительного притока обусловленного силами
тяготения и массы корпуса, корпус будет перемещаться
против сил тяготения. При выборе материала корпуса не
смачивающегося жидкостью, она будет без сопротивления
скатываться к нагревателю, испаряясь в процессе своего
движения. Данный принцип используется в устройстве
называемом «Активный парус», в котором управление
тепловым движением дает возможность для перемещения
в пространстве. В классическом ракетном двигателе используется ударное упругое воздействие частиц сгоревшего
топлива на переднюю стенку камеры сгорания и поверхность сопла. Отработавшиеся частицы, имеющие отрицательный вектор движения по отношению к движению корпуса ракеты уходят в окружающее пространство. В
устройстве «Активный парус» используется ударное неупругое воздействие на переднюю стенку камеры. Частицы рабочего газа путем конденсации приклеиваются к
стенке корпуса, стекая к нагревателю, для повторного использования.
Литература:
1.Яворский Б.М., Детлаф А.А. "Справочник по физике".
2.Куватов В.Г. Заявка на изобретение № 2012120531 от 17,05.2012.