1.1. Что нам говорят об энергии?

Механика различает потенциальную энергию (или, в более общем случае, энергию взаимодействия тел или их частей между собой или с внешними полями) и кинетическую энергию (энергия движения). Их сумма называется полной механической энергией.

Потенциальная энергия – это вовсе не энергия, так как связана с потенциалом - силой. Такую путаницу создают обычно, путая потенциал и энергию.

Но и кинетическая энергия также энергией не является, так как опять же, связана с потенциалом: скоростью.

Итак, два определения: потенциальной и кинетической энергии родились по причине:

1. необходимости различия двух процессов в механике.

2. из-за путаницы понятия потенциала и понятия энергии.

Для того, чтобы разграничивать явления, необходима иерархия энергий.

Так, например: то, что относится к кинетической энергии: скорость и явления движения относятся к 1-му уровня механической иерархии энергии. Особенность 1-го уровня в том, что в основе его находится параметр: время.

А то, что относится к потенциальной энергии, то есть энергии взаимодействия: силы и явления сложения сил – относится к 2-му уровню механической иерархии энергии. Особенность 2-го уровня механической иерархии энергии в том, в то в основе его находится параметр: координата.

А что можно сказать о 3-м уровне энергии?

Этот уровень в физике гипотетический, называемый механической энергией. Конечно, если знать о нём больше, то можно дать физическое описание этого уровня энергии, и тогда он станет физическим, как и 1-й и 2-й уровни.

Это значит, что полное физическое описание (наблюдаемое в опытах) уровня энергии – это возможность признать уровень энергии физическим.

3-й уровень механической иерархии энергии – называемый механической энергией, можно измерить благодаря силе. Это уже первый шаг к описанию этого уровня.

Итак, в механике 3 уровня энергии.

Кинетическая энергия связана с 1-м уровнем.

Потенциальная энергия связана со 2-м уровнем.

На 3-м уровне: механическая энергия.

Следует заметить, что термины «кинетическая» и «потенциальная» энергии являются ложными терминами, путающими энергию и потенциал. Поэтому их надо удалить (исключить) из терминологии, а саму идею о разных энергетических явлениях заменить идей о иерархии энергий.

Таких иерархий две – механическая и тепловая.

Механическую иерархию энергий мы можем выразить так, как показано на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Энергии и потенциалы механической иерархии энергий.

Таким образом, решается проблема «кинетической» и «потенциальной» энергий.

Уравнения для потенциалов ясно показывают, что все параметры на рисунке 1.1. взаимосвязаны и имеют вид иерархии. К тому же, зная что есть «уровень энергии», а что есть «потенциал уровня» мы никогда не будем путать эти понятия.

Иерархия для механики проста.

И физики ещё в 17-м веке задумались над вопросом преобразования энергий. Ими была придумана аддитивная система - система сложения.

Главная мысль аддитивной системы сохранения энергии – это то, что все виды энергий должны сохраняться на 3-м уровне энергии путём сложения.

Как мы видим, была кинетическая и потенциальная энергии.

Значит, у механической системы должны быть вычислены «порции» кинетической и потенциальной, а затем они складываются и объявляются механической энергией.

Но как найти механическую энергию для движения? Сегодня любой школьник ответит, что это очень просто:

(1.1)

где

N – механическая энергия. Её измеряют в джоулях. Но следует отмечать, что это механический джоуль.

V – скорость;

m – масса.

Был найден некоторый компромисс, заключающийся в том, что механическая энергия – это первообразная 2-го порядка от скорости. Но это неверная, ложная формула.

Попробуем разобраться в этой задаче.

Действительно, верным ли способом является поиск первообразных?

Да, для поиска энергий, это верный способ. Но искать можно первообразные только 1-го порядка.

Почему?

Ответ такой:

Каждый уровень энергии не зависит от порождающего его, более нижнего уровня. Он имеет отличную от более нижнего уровня структуру. Он несовместим с более нижним уровнем.

То есть один раз мы можем проинтегрировать уровень, после чего получим более верхний уровень.

Но далее интегрировать до первообразной 2-го порядка запрещено.

Из-за главного свойства уровней: они несовместны. Уровни энергий не могут переходить друг в друга. Это не запрет на закон сохранения энергий. Это правило сохранения энергий. И это правило следующее:

Энергии разных уровней могут переходить друг в друга, если существует ток энергии более высокого уровня.

То есть преобразование энергий может быть только в процессе тока.

Пока нет тока, энергии уровней сохраняются неизменными.

Итак, интегрирование может происходить только на одну ступень. И как оно происходит? Очень просто: через потенциал.

1-й уровень интегрирования:

(1.2) ,

где

L – координата, расстояние, измеряемое в метрах;

V – скорость;

τ - время, измеряемое как интервал – в секундах.

В формуле (1.2) время, в процессе интегрирования превратилось в координату. И конечно координата ничего общего не имеет со временем.

Но дальше, для перехода на более высокий уровень энергии, тоже надо интегрировать. И это интегрирование происходит опять через потенциал, уже 2-го уровня:

2-й уровень интегрирования:

(1.3) ,

где

N – механическая энергия. Её измеряют в джоулях. Но следует отмечать, что это механический джоуль.

τ - время, измеряемое как интервал – в секундах,

V – скорость;

F – сила.

Вот это уравнение определяет связь между движением и механической энергией, а не ложное уравнение (1.1).

Зачем была придумана кинетическая и потенциальная энергия?

Очевидно, эти два вида энергии входят в иерархию как входят в иерархию и магнитные явления, электрические явления и тепловые явления. Для магнитных и электрических явлений также были созданы уравнения для аддитивного способа подсчёта энергии на 3-м уровне энергии. Все они созданы как первообразные 2-го порядка.

И это уже перебор.

Например, для скорости – ещё можно понять первообразную 2-го порядка. Для силы такое уравнение делать не стали.

Но электрические явления находятся на 2-м уровне и расчёт их энергии (также как для силы) возможно сделать очень просто. Но всё-таки для электрической энергии сделали уравнение в виде первообразной 2-го порядка. Таким образом, был игнорирован даже уровень электрических явлений. Уровень электрической энергии был приравнен к уровню магнитной энергии. Почему это было сделано?

1. Не была известна тепловая иерархия энергий.

2. В процессе опытов Фарадея был открыт «электромагнетизм» - способность явлений переходить друг в друга. Всё дело в том, что эта способность ложная. И базируется она на явлениях охваченных обратной связью. Также ошибкой было создавать некий вид «электромагнитной» энергии.

Об энергиях мы из учебников знаем следующее:

Энергией обладают все виды полей. По этому признаку определяют: электромагнитную энергию. Электромагнитную энергию разделяют:

1. на электрическую; и 2. магнитную энергии.

Ничего не сказано о иерархии этих энергий, а уравнения Максвелла пытаются навязать нам мысль о симметрии электрических и магнитных явлений.

И совсем в стороне находится тепловая энергия. Кстати, в учебниках нет тепловой энергии. Её называют совсем по-другому. Учебники нам сообщают: термодинамика рассматривает внутреннюю энергию и иные термодинамические потенциалы.

Тепловая энергия была переименована во «внутреннюю» энергию ввиду успешной победы молекулярно-кинетической теории (МКТ). Но МКТ - ошибка. Потому вернём термин «тепловая энергия» и удалим из терминологии термин «внутренняя энергия». Внутренней энергии не существует, как и не существует хаотичного движения атомов и молекул. Где-то в 18-м веке термодинамика только зарождалась и кому то в голову пришла безумная идея приравнять энергию движения к тепловой энергии.

Почему этот фокус всё-таки проделали?

Тепловая энергия находится на 3-м уровне тепловой иерархии энергии. А в механической иерархии энергии на 3-м уровне находится механическая энергия. Если добавить ложную формулу:

(1.1)

То получается, что движение приводится к 3-му уровню, а затем уравниваются 3-й уровень механической иерархии и 3-й уровень тепловой иерархии.

В этой ошибке виновен механический эквивалент тепла Джоуля. Благодаря ему мы получили единую энергию, вместо двух иерархий энергий: механической и тепловой.

Рис. 1.2. Энергии и потенциалы тепловой иерархии энергий.

Тепловая энергия имеет непосредственную связь с электрическими явлениями, и эта связь выражается уравнением для напряжения, выраженным через энергию и электрический заряд.

(1.4)

В данном уравнении:

U – электрическое напряжение;

E – тепловая энергия;

Q – электрический заряд.

И потому, можно найти всю тепловую иерархию энергий. Тепловая иерархия энергий представлена на рис. 1.2.

Рассмотрим уровни интегрирования тепловой иерархии энергий.

1-й уровень интегрирования:

(1.5) ,

где

Q – электрический заряд;

I – электрический ток, измеряемый в амперах;

τ - время, измеряемое как интервал – в секундах.

В формуле (1.2) время превратилось в электрический заряд. И конечно электрический заряд ничего общего не имеет со временем.

Но дальше тоже надо интегрировать. И это интегрирование происходит опять через потенциал, уже 2-го уровня:

2-й уровень интегрирования:

(1.6) ,

Где

E – тепловая энергия, измеряемая в джоулях;

τ - время, измеряемое как интервал – в секундах;

I – электрический ток, измеряемый в амперах;

U – электрическое напряжение в вольтах.

Это уравнение определяет тепловую энергию по закону Джоуля-Ленца. Всё дело в том, что закон Джоуля-Ленца можно легко вывести из уравнения (1.6.).

Итак, современная термодинамика рассматривает внутреннюю энергию и иные термодинамические потенциалы. И почему-то термодинамических потенциалов много. Но что может сказать термодинамика о температуре?

Здесь идёт полное игнорирование свойств температуры как потенциала.

Каким образом это делается?

1. В термодинамике температура является абсолютной, измеряемой относительно некого мифического абсолютного нуля.

Представьте, что в электродинамике тоже решили бы измерять напряжение начиная с некого абсолютного нуля. Это возможно? Возможно. Но с точки зрения физических явлений выглядит абсурдно.

2. Температура в термодинамике по учебникам: не является потенциалом. А в некоторых случаях, умножая температуру на постоянную Больцмана, получают тепловую энергию. Это уже извращение и на уровне физики и на уровне математики. Почему так происходит? Потому как единая энергия (для всех явлений) в физике определена на 3-м уровне. А температура – это потенциал, который связывает 3-й и 4-й уровни энергий. А что слышно о 4-м уровне энергии? Современная физика молчит, иногда несёт какую-то чушь о тёмной материи и тёмной энергии.

Ответ очень прост: чтобы температура стала потенциалом 3-го уровня, нужен 4-й уровень энергии.

Далее мы можем представить 3-й уровень интегрирования.

(1.6) ,

где

Θ – диффузионная, измеряемая в фурье. 1фурье=1джоуль •1кельвин;

τ - время, измеряемое как интервал – в секундах;

I – электрический ток, измеряемый в амперах;

U – электрическое напряжение в вольтах;

T – температурный напор, измеряемый в кельвинах.

На рис. 1.2. 4-й уровень энергии носит название диффузионного. Его можно назвать и диффузионным зарядом. Также как тепловую энергию можно назвать тепловым зарядом.

Итак, иногда слово «заряд» становится синонимом слова «энергия». Это бывает иногда, пока не рассматривается двухуровневая физическая система.

Двухуровневая физическая система - это эксперимент или опыт, в котором присутствует два уровня энергии: нижний и верхний. Нижний уровень энергии называют зарядом системы. Верхний уровень энергии называют энергией системы.

Чтобы понять процессы двухуровневой физической системы, сначала рассмотрим, что такое потенциал.