23.5. Теплопроводность металлов

В физике считается, что переносчиком тепла в металлах яв-

Однако в п. 21.6 показано, что теплопроводность металлов, как и других веществ, может быть объяснена без введения гипотезы о наличии свободных электронов. Кроме того, закон Видемана – Франца, согласно п. 21.11, не требует в металле наличия свободных электронов, а также выполнен в эфире без вещества.

Эффект теплопроводности в металле с эфирных позиций объясняется течением ньютониев в виде тепловых квантов (п. 21.6) и их взаимодействием со структурными элементами кристаллической решётки металла.

Ниже проведено сравнение следствий эфирной модели теплопроводности с экспериментальными данными. Количественное соответствие теории и эксперимента подтверждает адекватность эфирной модели теплопроводности металлов.

В данном разделе решены простейшие задачи теплопроводности в металле с учётом эфирных процессов, демонстрирующие методику применения теории эфира для изучения этого явления.

23.5.1. Теплопроводность в поле силы тяготения

Важный для понимания фундаментальных процессов в природе и в то же время относительно простой эксперимент провёл А.Р. Лепёшкин, см. его доклад от 02.22.2017 на сайте [248]. Изучалась теплопроводность (точнее, температуропроводность) частей хромированной проволоки из никелевого сплава – материала, аналогичного используемому в лопатке авиационной тур-

487

бины. Отрезок проволоки длиной 2 = 20 [см] размещался внутри трубки с хорошим вакуумом. В середине проволоки распо-

Рис. 14. Схема эксперимента с проволокой в вертикальном и горизонтальном положениях. Микронагревател0 ь находится в точке .

488

Теория свободных электронов в металле не объясняет1 2 эффекта различий времён установления тепла в точках и . Внешнее электрическое поле, в том числе электрическое поле отрицательно заряженной Земли, внутри металлической трубки, где расположен проводник, отсутствует в квазиравновесном состоянии (п. 18.13), поэтому не влияет на движение электронов внутри проводника. Сила тяжести должна смещать свободные электроны вниз. Тогда, если пренебречь силой Архимеда в электронном газе и кулоновским взаимодействием свободных электронов с положительно заряженными ядрами атомов решётки (ионами), то быстрее должен был бы нагреваться нижний конец проволоки, а не верхний. Однако учёт кулоновского взаимодействия приводит к выводу о том, что в достаточно широком диапазоне значений внешней силы (в том числе и силы Архимеда) свободные электроны могут смещаться относительно положительно заряженных ядер лишь на очень малые расстояния, сравнимые с межатомными, см. п. 23.2.1. Поэтому, согласно электронной теории теплопроводности, время установления тепла, переносимого хаотическим движением свободных электронов в нижний и верхний концы проволоки, должно быть одинаковым, несмотря на присутствие силы тяжести и силы Архимеда.

В п. 21.6 рассмотрена простейшая модель передачи тепла в веществе с кристаллической решёткой. Сформулировано понятие теплового кванта – течения эфира в малой области с определённым направлением скорости, генерируемого тепловыми колебаниями структурного элемента (узла) кристаллической решётки. Введена скорость движенияпт теплового кванта в направлении распространения тепла (279):

движения тепловых квантов,

Поскольку поведение температуры во времени обычно имеет экспоненциальнуютк зависимость от коэффициента теплопровод-ноститк [62, с. 192, 233], то даже относительно малые изменения

могут сказаться на времени появления тепла в точке.

Расчёт теплопередачи в изучаемом эксперименте сводится крешению( , ) стандартной0 ≤задач≤ и о нахождении температуры стержня на отрезке с теплоизолированной боковой(0, ) =по0o-

верхностью при постоянной начальной температуре

490

47]: отношение суммы всех членов ряда, начиная со второго, к

492

Рассмотрим простейшую модель для скорости 0,тк, возникающей в данном эксперименте дополнительнох,тк к средней скорости теплового хаотического движения .

Микроисточник тепла генерирует тепловые кванты, ско-

рость движения которых

х,тк = 3 ( + ∆)

se

выше скорости движения (279)

= 3 х,тк se

тепловых квантов, генерируемых ещё не нагретыми узлами кри-сталлическойх,тк решётки. Тепловые кванты, имеющие скорость , сталкиваясь с узлами решётки, передают им импульс. Воз-

буждённые таким образом узлы сами начинают генерировать тепловые кванты с увеличенной тепловой скоростью.

Оценим с помощью уравнения состояния (15) отношение плотностей эфира в тепловых квантах, имеющих различную скорость теплового движения. Возьмём от (15) среднее по пространству скоростей, предполагая максвелловское распределение ньютониев в тепловом кванте (257), (258). Получим для средних величин в тепловых квантах, движущихся с разными скоростями,

Такое же отношение получается и из уравнения Клапейрона

– Менделеева (262), которое сразу оперирует со средними вели-

сила Архимеда оказывается больше приложенной к нему силы тяжести. Происходит всплытие подогретого теплового кванта, аналогичное подъёму тёплого воздуха от источника тепла.

494

сопротивления со стороны кристаллической решётки. Возникновением движения присоединённой массы эфира, увлекаемой тепловым квантом, пренебрежём, учитывая крайне малую вязкость и самодиффузию эфира (п. 21.7, 21.8). Также пренебрежём центробежным ускорением (силой Кориолиса), считая, что из-за малой угловой скорости вращения Земли движение всей экспериментальной установки за время наблюдения близко к равномерному прямолинейному.

Кроме того, не будем рассматривать детали процесса исчезновения тепловых квантов при передаче ими своей кинетической энергии узлам кристаллической решётки и последующей регене-

пользуемся моделью перепада давлений (284). Определим линейную плотность коэффициента сопротивления, оказываемого кристаллической решёткой движению теплового кванта, по аналогии с её сопротивлением течению ньютониев (282):

поперечном к направлению течения сечении, не протекаемых

495

линейных задач о распространении тепла на нижнем и верхнем участках стержня, различающихся лишь величиной ко-

На рис. 15 показано сечение кубической кристаллической решётки в плоскости грани. Сплошной линией выделен регулярный (повторяющийся) фрагмент сечения решётки. Чёрным цветом от-

расстояние.

497

Тепловой квант, представляющий собой течение эфира, может обтекать препятствие, то есть доля не протекаемой для него площади может быть меньше доли геометрической площади пре-

Рис. 15. Сечение кубической кристаллической решётки в плоскости грани. Сплошные линии – её регулярный фрагмент. Чёрным цветом закрашены участки, препятствующие движению тепловых квантов.

теряется из-за ослабления регенерации (рассеяния) направленной

постепенно увеличивая длину проволоки, найти такую её

499

обладать повышенной теплопроводностью и электропроводностью из-за образования между металлами трубки-прослойки с практически идеальными поверхностями. Такой эффект имеет

500

место, например, в медно-никелевом проводе, используемом в

тверждает правильность эфирной модели распространения тепла в проводнике.

структуры веществ направленному движению тепловых квантов эфира.

Проверку роли электронов в переносе тепла от источника можно провести в следующей модификации рассмотренного эксперимента. На верхнем конце проволоки расположим контакт для снятия избыточных, по сравнению с нижним концом проволоки, электронов. Будем периодически замыкать этот контакт. Если более быстрый приход тепла в верхнюю точку обеспечивается увеличением там концентрации свободных электронов, то со временем, при электрически изолированном микроисточнике, на проволоке должен остаться положительный заряд, а на съёмнике – отрицательный.

С эфирных позиций замыкание контакта обеспечивает передачу давления эфира между проводниками. При большей температуре верхнего конца движение ньютониев в нём усиливается, а значит, согласно уравнению состояния (15), должно падать давление. Такая ситуация соответствует возникновению положительного заряда (п. 18.13), то есть в эфирном пониманиис верхнего конца должен сниматься положительный заряд, а не отрицательный.

Проанализированный в данном пункте эксперимент А.Р. Лепёшкина фактически является модификацией эксперимента, предложенного К.Э. Циолковским по изучению теплопроводности вертикального столба твёрдого тела в поле силы тяжести [161]. Результат оказался противоположным ожидаемому К.Э.

501