2. Классификация термодинамических пар.

Описание пары.

Любая термодинамическая пара должна содержать следующие принципиально важные элементы: два разнородных проводника и два спая (места контакта проводников), находящихся при различных значениях температуры, давления, электрического, магнитного, химического, диффузионного, волнового (вибрационного) и т.д. потенциала (такого рода величины называются интенсиалами - § 3 и 5).

Для функционирования пары принципиально важно, чтобы проводники были разнородными, т.е. отличались своими термодинамическими свойствами: имели неодинаковые числовые значения коэффициентов в уравнениях состояния. Вместе с тем проводники должны обязательно содержать по меньшей мере две одинаковые (общие) внутренние степени свободы. Одна общая (рабочая) степень свободы должна относиться к объекту круговой циркуляции в паре, а вторая – к разности интенсиалов между спаями. Обе рабочие степени свободы должны быть органически связаны друг с другом. Соответствующие разнородные проводники (тела), обладающие несколькими общими внутренними степенями свободы, именуются родственными.

Например, применительно к термоэлектрической паре родственными являются разные по химическому составу металлы, полупроводники, электролиты и ионизированные газы. Все они обладают термической и электрической связанными внутренними степенями свободы (являются проводниками теплоты и электричества), необходимыми для создания циркуляции электрического заряда под влиянием разности температур. Но разница в химическом составе делает их разнородными, различающимися термодинамическими свойствами. При этом уравнения состояния имеют неодинаковые коэффициенты.

В каждой термодинамической паре обязательно наблюдаются следующие эффекты:

1. Под действием некоторой разности интенсиалов между спаями в последних образуются скачки (контактные разности) второго интенсиала, неодинаковые у разных спаев. В результате в цепи возникает избыточная движущая сила, относящаяся ко второй степени свободы.

2. Эффект круговой циркуляции некоторого объекта, сопряженного со второй степенью свободы.

3. Эффекты поглощения теплоты в одном спае и выделения в другом.

4. Совокупность эффектов, обусловленных взаимодействием рабочих степеней свободы пары (примером может служить эффект Томсона в термоэлектрической паре).

5. Кроме того, в паре могут наблюдаться многочисленные другие эффекты, связанные с конкретными термодинамическими свойствами проводников и степеней свободы, которыми они располагают. Эти эффекты столь же специфичны, сколь специфичны сами степени свободы, поэтому они рассматриваются особо, применительно к каждой конкретной термодинамической паре.

Классификация пар.

Согласно общей теории, различных термодинамических пар может быть бесчисленное множество, как и форм движения материи. Их свойства столь же бесконечно разнообразны и неповторимы. Но вместе с тем все пары подчиняются некоторым общим принципиальным закономерностям, о которых кратко было сказано выше. Детальному разбору этих закономерностей посвящена настоящая монография.

Для удобства изложения ниже используется классификация пар, которая в известной мере является условной. В ее основу кладется природа объекта циркуляции. Например, все пары, в которых циркулирует электрический заряд, называются электрическими. Если движется жидкость или газ, то пары именуются фильтрационными, если диффундирует вещество, то - диффузионными и т.д. Название другой степени свободы, определяющей движущую причину циркуляции – разность интенсиалов, фигурирует в виде приставки. Например, существуют пары: термоэлектрическая, химикоэлектрическая, термофильтрационная, диффузионнофильтрационная, термодиффузионная, электродиффузионная и т.д.

Принятая классификация позволяет лучше систематизировать излагаемый материал, а также точнее отражает специфику и назначение пары. На практике чаще всего пару осуществляют именно с целью создания необходимого эффекта циркуляции.

В целом термодинамическая пара представляет собой самостоятельную форму движения, которая развилась в процессе эволюции материи. Она входит в качестве составной части во все более сложные формы движения материи, в частности в живой организм.

Термодинамические пары и сопровождающие их эффекты чрезвычайно широко распространены в природе. В своей практической деятельности человек применяет как пары в целом, так и отдельные частные эффекты, входящие в их состав. Подробное изучение свойств термодинамической пары должно способствовать лучшему пониманию окружающего нас мира и более широкому внедрению соответствующих эффектов в практику.