"Khoa học là một sức mạnh trí tuệ lớn nhất, nó dốc hết sức vào việc phá vỡ xiềng xích thần bí đang cầm cố chúng ta."
Gorky
Thứ Ba, 4 tháng 1, 2022
TT&HĐ V - 47/e
Tại Sao Có Bức Xạ Nhiệt Bên Ngoài Hố Đen Và Cuối Cùng Nó Phát Nổ
PHẦN V: THỐNG NHẤT
"Cái khó hiểu nhất chính là hiểu được thế giới"
"Có hai cách để sống trên đời: một là xem như không có phép lạ nào cả, hai là xem tất cả đều là phép lạ".
Albert Einstein
“Chính qua cuộc đấu tranh nhằm thống nhất một cách hợp lý cái đa dạng
mà đã đạt được những thành công lớn nhất, dù rằng chính ý đồ đó có thể
gây ra những nguy cơ lớn nhất để trở thành con mồi của ảo vọng”.
Albert Einstein
“Người nhìn thấy cái đa dạng mà không thấy cái đồng nhất thì cứ trôi lăn trong cõi chết”.
CHƯƠNG VIII (XXXXVII): NÓNG – LẠNH
“Nhiệt thể hiện ở chuyển động của các hạt vật chất.”
M.V. Lômônôxốp
“Tính
chất kỳ lạ nhất của năng lượng là khả năng biến đổi của nó. Một trong
những dạng phổ biến nhất của năng lượng trong tự nhiên là năng lượng
chuyển động hay động năng. Năng lượng nhiệt là nguồn dự trữ động năng
của các phân tử hoặc nguyên tử chuyển động hỗn loạn và liên tục.”
K.A Gladkov
"Tôi thích sự ngu dốt nhiệt tình hơn là sự thông thái thờ ơ".
Anatole France
"Trong sâu thẳm mùa đông, cuối cùng tôi cũng hiểu được trong tôi có mùa hè bất diệt".
Albert Camus
" Phần lớn con người sống cuộc đời tuyệt vọng trong im lặng, và rồi xuống mồ khi trong mình vẫn còn vang điệu nhạc".
Henry David Thoreau
"Không
có đam mê, bạn không có năng lượng; không có năng lượng, bạn không có
cái gì. Không có gì tuyệt vời trên thế giới được làm xong mà không có
đam mê trong đó".
Donald Trump
"Hãy
nuôi dưỡng hy vọng vì không có hy vọng sẽ không có nhiệt huyết. Nhiều
khi chỉ cần một tia hy vọng cũng làm rực sáng cả bầu nhiệt huyết trong
lòng người, soi rọi những thành quả lớn lao".
NTT
"Không
thể tưởng tượng ra một Vũ Trụ vô tỉ! Chỉ khi nào vật lý học thừa nhận
rằng các hằng số Vũ Trụ phải là những con số xác định (không vô tỉ), thì
lúc đó nó mới có khả năng nhận thức được chân xác Vũ Trụ".
NTT
(Còn tiếp)
Quan niệm như
trên về sự truyền nhiệt của nhiệt học đã thật sự đích đáng chưa? Chúng ta nói
dứt khoát là chưa, một khi nhận thức về năng lượng chưa rõ ràng! Quan niệm như vậy dẫn đến trước tiên phải quan niệm năng lượng,
do đó mà cả nhiệt lượng, có thể thoát ly vật chất và thực sự có khả năng tồn
tại một cách độc lập. Nhưng theo chúng ta thì năng lượng nói chung và nhiệt
lượng nói riêng không những không thể tách rời vật chất mà còn chính là vật
chất vận động. Truyền năng lượng là khái niệm để chỉ chuyển hóa năng lượng. Truyền nhiệt là một dạng đặc biệt của truyền năng lượng mà thôi.
Theo chúng ta,
cần phải hiểu thuật ngữ “truyền năng lượng” một cách linh động. Một vật thực sự
truyền năng lượng cho một vật khác thì vật truyền phải tổn hao khối lượng mà
vật được truyền sẽ nhận thêm khối lượng đúng bằng lượng khối lượng mà vật
truyền bị tổn hao. Còn hai vật sau khi va chạm nhau mà khối lượng của chúng
không đổi thì về mặt hình thức và tùy theo quan điểm chủ quan của hệ quan sát
mà có thể cho rằng vật nào truyền động năng cho vật nào, nhưng thực chất chúng
chỉ làm “biến dạng” năng lượng toàn phần của nhau mà thôi. (Cần hiểu thuật ngữ
“biến dạng năng lượng toàn phần” theo nghĩa rất rộng, gồm cả biến dạng vật chất
lẫn vận động, biến dạng đến tận cùng khả năng có thể, miễn năng lượng toàn phần
không đổi - tương tự như biến đổi tôpô trong toán học).
Như vậy, có thể
cho rằng, trong Vũ Trụ, có hai phương thức truyền năng lượng cơ bản, tạm gọi là
phương thức “thực” và phương thức “ảo”. Truyền năng lượng theo phương thức “ảo”
là làm chuyển hóa năng lượng toàn phần mà không làm biến đổi khối lượng đối với các thực thể tham gia và trái lại,
truyền năng lượng theo phương thức “thực” là làm tăng giảm năng lượng toàn phần luôn kèm theo biến đổi khối lượng của các
thực thể tham gia vào quá trình truyền. Điều cần nhấn mạnh ở đây là dù truyền
năng lượng theo phương thức nào thì cũng kèm theo quá trình làm biến dạng năng lượng
toàn phần của các thực thể tham gia, và dễ thấy được: với mức độ biến dạng nào
đó, năng lượng toàn phần có thể phục hồi lại được như cũ, vượt qua mức độ biến
dạng đó, sẽ không thể hổi phục được. Tuân theo nguyên lý tác dụng tương hỗ mà
phương thức nào cũng có tính trao đổi dù trực tiếp hay gián tiếp. Năng lượng là một đại lượng vô hướng nhưng sự truyền năng
lượng thì phải có phương hướng (tính véctơ). Điều đó cho thấy, bản thân năng
lượng có tác dụng làm biến đổi (“biến đổi” là khái niệm bao hàm cả sự biến dạng
lẫn sự tăng - giảm về mặt lượng) năng lượng toàn phần và muốn thế, phải thông qua, phải
nhờ đến sự truyền năng lượng. Chính sự truyền năng lượng đã làm cho các thực thể
được truyền năng lượng bị biến đổi năng lượng toàn phần và tuân theo nguyên lý
tác dụng tương hỗ mà các thực thể truyền năng lượng cũng bị biến đổi năng lượng
toàn phần nhưng theo chiều ngược lại.
Theo nguyên lý
ưu tiên lan truyền KG thì các hạt KG luôn “lựa chọn” truyền theo hướng có mật
độ KG thấp nhất, hay nói cách khác, hướng ưu tiên lan truyền KG luôn là từ nơi
có mật độ KG (kích thích) cao đến nơi có mật độ KG thấp nhất. Mật độ KG có ảnh hưởng trái
chiều đến khả năng đáp ứng chuyển hóa KG, nghĩa là mật độ KG càng cao thì càng
cản trở chuyển hóa KG và ngược lại. Nhưng chuyển hóa KG là không thể ngừng được
và hơn nữa, không thể bị chậm trễ được, cho nên khi mật độ năng lượng tăng,
năng lượng ở đó phải chuyển hóa để đáp ứng chuyển hóa KG trong điều kiện mới
theo hướng tăng cường vận động đối với các phần tử vật chất hợp thành. Vì mức
độ vận động của một thực thể cao hay thấp không phụ thuộc vào khối lượng của nó
mà chỉ phụ thuộc vào thành phần vận tốc bình phương (v2) nên muốn tăng cường vận động cho thực thể thì phải làm năng
lượng toàn phần của nó chuyển hóa sao cho v2 tăng lên. Mức độ vận
động của các phần tử vật chất tăng làm xuất hiện xu thế chuyển động hướng ra
ngoài vùng mật độ năng lượng cao của các phần tử vật chất. Như vậy, phải cho
rằng nói chung, hướng của sự truyền năng lượng, một cách tự nhiên, bao giờ cũng
từ thực thể có mức vận động nội tại cao hơn đến thực thể có mức vận động nội
tại thấp hơn. (Trong trường hợp truyền năng lượng hình thức, hay ảo, thì cũng
hình thức, ở một phương nào đó, mức vận động (vận tốc) của thực thể truyền năng
lượng cao hơn mức vận động của thực thể được truyền). Trong trường hợp việc truyền năng lượng ra môi trường bị chậm lại hoặc ngừng do bị cản trở thì vật sẽ bị nóng lên (do mức hỗn loạn trong chuyển động phân tử tăng!) đến mức có thể bị phá hủy!
Truyền năng
lượng một cách tự nhiên hay cưỡng bức đều phải có tác động từ bên ngoài, xuất
hiện trước hoặc đồng thời với quá trình truyền năng lượng. Hay nói cách khác
muốn truyền năng lượng thì phải “tốn công”. “Công” hay “công sức” là khái niệm
đã xuất hiện từ lâu trong đời sống hàng ngày và trở thành một khái niệm vật lý
vào khoảng giữa thế kỷ XVIII ở châu Âu. Theo chúng ta, công là đại lượng đặc
trưng cho sự truyền năng lượng.
Giả sử có một
thực thể truyền đi một năng lượng theo phương thức kèm theo sự biến đổi khối
lượng với một vận tốc là v và một khối lượng là m thì coi như nó phải
“tốn” một động năng đúng bằng động năng nó truyền đi là mv2 (xét về mặt năng lượng
thì lượng mất đi phải là: mc2=moc2+mv2. Tuy nhiên, vì chỉ chú ý tới khối lượng như thói quen trong
đời sống hàng ngày, hay chính xác là vì 
nên 
, làm cho năng lượng toàn phần “lặn” đi, chỉ “còn lại” mv2!). Lượng động năng ấy, nếu qui đổi ra công (ký hiệu là A) thì phải bằng công A. Một cách hình thức, có thể nói thực thể đã tốn một công A để truyền đi một năng
lượng dưới dạng động năng là mv2.
nên , làm cho năng lượng toàn phần “lặn” đi, chỉ “còn lại” mv2!). Lượng động năng ấy, nếu qui đổi ra công (ký hiệu là A) thì phải bằng công A. Một cách hình thức, có thể nói thực thể đã tốn một công A để truyền đi một năng
lượng dưới dạng động năng là mv2.
Từ biểu thức mv=F.t quen thuộc, chúng ta
có thể viết:
với S là quãng đường tác
dụng của lực F.
Theo định nghĩa
của vật lý về công thì:
A=F.S
Trong trường
hợp sự truyền năng lượng trên không kèm theo biến đổi khối lượng thì thực thể
truyền năng lượng, một cách hình thức cũng phải tốn công để chuyển hóa năng lượng giữa động năng và nội năng. Nếu năng lượng nó
“truyền” đi là mv2 thì cũng tốn một công
là A=F.S. (Tùy theo quan điểm chủ quan của quan sát mà trong trường
hợp này, thực thể được truyền lại đóng vai trò là thực thể chủ động truyền năng
lượng và do đó nó phải tốn một công đúng bằng A).
Dạng có tính
phổ biến và có vai trò quyết định đến tồn tại và vận động trong tự nhiên, của
phương thức truyền năng lượng kèm theo biến đổi khối lượng chính là bức xạ điện
từ.
Động năng là
dạng năng lượng dễ nhận thức được, thậm chí thế năng, dù khó khăn hơn, cũng có
thể hình dung được như một dạng tiềm ẩn của năng lượng. Còn đối với nhiệt thì
vô cùng khó nhận thức. Ngày nay, nếu không là tất cả mọi người thì cũng đại đa
số cho rằng nhiệt đã được nhận thức đến tận tường. Theo thiển ý của chúng ta,
cho đến nay, nhận thức về nhiệt của loài người vẫn chưa đầy đủ và hơn nữa có
thể còn phạm không nhiều thì ít sai lầm.
Như đã biết, nhiệt là một dạng của năng lượng? Nếu thế, theo quan niệm của chúng ta về năng
lượng, ở một góc độ khác, phải thấy nó có liên quan tới năng lượng toàn phần (mc2) và vật chất (m), nghĩa là có thể phải quay lại với
quan niệm về sự tồn tại thực sự của “chất nhiệt” có khối lượng. Hơn nữa, nó cũng phải được
truyền đi ít ra là theo một trong hai phương thức truyền mà chúng ta hình dung
ở trên. Truyền theo cách thứ nhất là không thể được rồi vì trong hiện thực có
“tìm mỏi mắt” cũng đố hề thấy một vật được cấu thành thuần túy từ “chất nhiệt”.
Vậy thì chỉ còn cách truyền thứ hai, tức là một thực thể mang nhiệt (có nhiệt
độ lớn hơn hay có mức vận động cao hơn) truyền một luồng các phần tử chất nhiệt
(với tổng số nhiệt qui ra động năng là n.mv2 , với n là số lượng các phần
tử) cho một thực thể khác (có nhiệt độ thấp hơn hay có mức vận động thấp hơn).
Nhưng từ đâu xuất hiện các phần tử nhiệt trong thực thể mang nhiệt khi trước
đó, lúc chưa bị nung nóng, thực thể không có hoặc có thì cũng rất ít? Hay trong
quá trình thực thể bị nung nóng, các phần tử nhiệt đã “thẩm thấu” vào ngày một
nhiều và do đó cũng làm cho thực thể tăng dần nhiệt độ? Đã là phần tử chất có
khối lượng thì phải có cấu trúc nội tại, nhưng lại không phải chất thông thường
để được xếp vào bảng tuần hoàn Menđêlêép, vậy thì phần tử nhiệt có phải là bức
xạ tương tự như bức xạ điện từ hoặc chính là bức xạ điện từ không? Không! Vì
nếu là thế thì làm sao giải thích được những hiện tượng truyền nhiệt trong khí
quyển?
Theo nhiệt học công thức tính nhiệt lượng của một vật là:
Theo nhiệt học công thức tính nhiệt lượng của một vật là:
- m, khối lượng vật, đo bằng đơn vị kg
- c là nhiệt dung riêng của chất làm vật (J/kg.K).
- Δt, Thay đổi nhiệt độ, đo bằng đơn vị o
- Q, Nhiệt lượng, đo bằng đơn vị J
Hay một cách định tính: Muốn làm thay đổi nhiệt độ của một vật, có thể bằng cách truyền nhiệt, hoặc bằng cách thực hiện công (chuyển hóa công cơ học thành nhiệt năng), hoặc bằng cả hai cách ấy.
Rốt cuộc lại thì nhiệt, một cách rõ ràng, hình thành như thế nào?
Rốt cuộc lại thì nhiệt, một cách rõ ràng, hình thành như thế nào?
Thực
nghiệm chỉ
ra rằng, chất khí là một tập hợp các phân tử chuyển động hỗn loạn, không
ngừng
(gọi là chuyển động Brao hay chuyển động nhiệt). Theo qui ước của nhiệt
học,
khí lý tưởng là khí được hợp thành từ các phân tử được qui về thành các
chất điểm,
chuyển động không ngừng va chạm lẫn nhau gây ra sự hỗn loạn gọi là
chuyển động
nhiệt, ngoài ra, giữa các phân tử ấy không còn tương tác hút - đẩy nào
khác. Chung qui lại, theo hiểu biết hiện nay, hiện tượng nhiệt là do chuyển động Brao gây ra, mức độ chuyển động hỗn loạn của các phân tử tạo ra mức độ khác nhau về nhiệt độ.
Suy ra từ các
kết quả thực nghiệm, nhiệt học thiết lập được một phương trình gọi là phương
trình trạng thái của khí lý tưởng.
Trong hóa học,
để đo khối lượng các nguyên tử, phân tử, người ta thường dùng một đơn vị qui
ước gọi là “đơn vị cácbon”, viết tắt: đvc. Đơn vị các bon bằng 1/12 khối lượng của nguyên
tử C12, tức là khoảng 1,662.10-24
g. Ngoài đơn vị đo khối lượng đó, người ta còn dùng đơn vị
nguyên tử gam (hay phân tử gam). Nguyên tử gam (hay phân tử gam) của một nguyên
tố là lượng nguyên tố đó tính ra gam, có số chỉ gam bằng số chỉ khối lượng
(đvc), nguyên tử (hay số chỉ khối lượng phân tử). Số nguyên tử (hay phân tử)
trong một nguyên tử gam (hay phân tử gam) của các chất đều bằng nhau. Các nhà
hóa học đã xác định được trong một nguyên tử gam (12g) chất đồng vị cácbon C12 có chứa N=6,0221.1023 hạt nguyên tử C12. Số N được gọi là số
Avôgadrô. Việc xác định được số N là một thành tựu đáng
nể của hóa học.
Khái niệm
nguyên tử gam (và phân tử gam) được mở rộng và ngày nay trong hóa học, người ta
thường dùng khái niệm “mol”. “Mol” là lượng chất có chứa số nguyên tử hay phân
tử, hay số ion, số điện tử… (gọi chung là vi hạt) bằng số N. Như vậy, khối lượng một mol chất bằng tổng khối lượng của N vi hạt của mol chất
đó. Thực nghiệm đã xác nhận rằng, ở cùng điều kiện áp suất và nhiệt độ, một mol
phân tử của các chất khí khác nhau đều chiếm một thể tích như nhau.
Đối với một mol
khí bất kỳ, thì trong điều kiện áp suất p, nhiệt độ T, luôn chiếm đúng một thể tích là v, nghĩa là:
với R được gọi là hằng số
khí lý tưởng.
Đó cũng chính
là phương trình trạng thái khí lý tưởng viết cho một mol khí.
Điều kiện gọi
là tiêu chuẩn khi:
T=To=273 (oK)
Trong điều kiện
đó, thể tích của một mol khí đúng bằng 22,4.103
cm3. Như vậy:
Giả sử khối
lượng mol của mol khí đó là 
thì với một khối lượng m bất kỳ của nó, nó sẽ
chiếm một thể tích:
thì với một khối lượng m bất kỳ của nó, nó sẽ
chiếm một thể tích:
Vậy, dạng tổng
quát của phương trình trạng thái khí lý tưởng là:
Phương trình
trạng thái khí lý tưởng nói lên mối quan hệ phụ thuộc lẫn nhau một cách có qui
luật của ba đại lượng: áp suất, thể tích và nhiệt độ. Song, điều cũng rất quan
trọng là nó ám chỉ đến một năng lượng nào đó (vế trái của phương trình) và có
thể làm tăng giảm năng lượng đó bằng cách tăng giảm nhiệt độ.
(Còn tiếp)
----------------------------------------------
(Còn tiếp)
----------------------------------------------
Đăng ký:
Đăng Nhận xét (Atom)
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét