Что такое физический процесс

Физических процессов

Бийский технологический институт (филиал)

государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Алтайский государственный технический университет

Р.Г. Гареева

КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ АНАЛИЗ

В ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ

Издательство Алтайского государственного технического

университета им. И.И. Ползунова

Внимание.

Для студентов заочного отделения необязательными для сдачи являются следующие разделы: 2.7-2.9, 3.

СОДЕРЖАНИЕ

Основные Характеристики

физических процессов

Все наблюдаемые процессы, характеризующие физические явления, можно классифицировать как детерминированные и недетерминированные.

К детерминированным относятся процессы, которые могут быть описаны точными математическими соотношениями.

Рассмотрим, например, твердое тело, подвешенное к неподвижной основе на упругой пружине с нулевой массой (рисунок 1.1).

– масса тела; – коэффициент жесткости пружины

Рисунок 1.1 – Тело, подвешенное на пружине

Предположим, что тело получает начальное смещение из положения равновесия и освобождается в момент времени . На основе фундаментальных законов механики или путем повторных наблюдений можно установить справедливость следующего соотношения:

, , (1.1)

где – масса тела, предполагаемого абсолютно жестким;

– коэффициент жесткости пружины.

Формула (1.1) точно описывает положение тела в любой момент времени в будущем. Следовательно, физический процесс, характеризующий движение тела, относится к детерминированным процессам.

На практике встречается много физических явлений, которые с высокой степенью приближения могут быть описаны точными математическими соотношениями (движение спутника по околоземной орбите, изменение температуры воды при нагревании).

Однако можно назвать множество других физических процессов, имеющих недетерминированный характер (изменение высоты волн на поверхности моря, изменение напряжения на выходе генератора шума). Точное значение таких процессов в некоторый момент времени в будущем предсказать невозможно. Эти процессы случайны по своей природе.

Случайные (стохастические или недетерминированные) процессы не могут быть описаны точными математическими соотношениями, для их описания требуются усредненные статистические характеристики.

Во многих случаях трудно решить, относится ли рассматриваемый процесс к детерминированным или к случайным. Можно утверждать, что в действительности ни один физический процесс нельзя считать строго детерминированным, поскольку всегда существует возможность того, что в будущем какое-либо непредвиденное событие изменит течение процесса таким образом, что полученные данные будут носить совершенно иной характер, чем предполагалось ранее. С другой стороны, можно полагать, что в действительности ни один физический процесс не имеет строго случайной природы, так как при условии достаточно полного знания механизма изучаемого процесса его можно описать точными математическими соотношениями.

Практическое решение о детерминированном или случайном характере процесса обычно принимается исходя из возможности или не возможности его воспроизведения при заданных условиях. Если многократное повторение опыта дает одинаковые результаты (с точностью до ошибки измерения), то процесс считают детерминированный. Если же повторение опыта в идентичных условиях приводит к различным исходам, природа процесса полагается случайной.

Источник

Представление физических процессов

Математическое представление модели физического процесса в виде формул. Изобретение и применение формулы гравитационного взаимодействия. Классификация коррозионных сред, разрушений и процессов. Причины и механизм возникновения электрохимической коррозии.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вот несколько неординарных примеров, когда процесс и объект не наблюдаемый, но зато регистрируемый и пример, когда процесса нет.

1. Вопрос о существовании объектов «чёрная дыра». Объект «чёрная дыра» не наблюдаемый, но зато регистрируемый. О его конкретном расположении указывают светящиеся звёзды, которые связаны с ним гравитационным взаимодействием и обращаются вокруг него.

2. Вопрос о существовании нейтрино. Все реакции синтеза связаны с излучением обменных частиц фотонов и нейтрино. И, наоборот, при реакции распада именно такие же частицы должны быть поглощены. Если фотоны можно зарегистрировать и замерить, то нейтрино замерить нельзя, но можно зарегистрировать через дефект массы (энергию связи). Дефект массы указывает о наличии и материальности существовании нейтрино.

Если процесс наблюдаемый и регистрируемый, тогда учёные представляют модель процесса математически в виде формул. Модель (формула) должна описывать закономерности, участвующих в этих процессах тел или частиц. Модель должна быть взаимосвязана с другими процессами и не противоречить другим процессам. При анализе процессов должны соблюдаться научная методология, причинно-следственная связь и логическая последовательность. В результате анализа процесса учёные получают основную формулу описывающую данный процесс.

Всё ли в этих формулах близко к реальности? Нет ли там ошибок или даже фальсификаций?

Рассмотрим, как получаются формулы.

Во-первых, необходимо наличие самого наблюдаемого или регистрируемого физического процесса с объектом, а не какие-то фантазии типа сокращается пространство, но увидеть это невозможно и померить тоже.

Во-вторых, необходим эксперимент или модель процесса, в которой выявлены закономерности и все параметры физических величин, связанных между собой.

Рассмотрим несколько разных вариантов формул основных физических процессов в природе.

1. Формула гравитационного взаимодействия

В последствии коэффициент пропорциональности вычислили в результате эксперимента.

Этим экспериментом подтвердился закон открытый Ньютоном и формула стала

Коэффициент пропорциональности обязан согласовать размерности левой и правой частей уравнения, а также содержать в себе единичную силу взаимодействия, являющуюся показанием динамометра или устройства его заменяющего.

Но коэффициент пропорциональности как единичная сила не был экспериментально вычислен.

Тогда ещё не знали как измерять электрические заряды.

В такой же ситуации оказался и Ампер. В 1820г.

Но коэффициент пропорциональности как единичная сила не был экспериментально вычислен.

Пользоваться этими формулами было невозможно.

Необходимы были эксперименты по вычислению коэффициентов пропорциональности, которые являются единичными силами взаимодействий.

Эти коэффициенты вычислены один через другой и скорость света. Но теоретически придумывать коэффициенты пропорциональности к формулам силовых взаимодействий нельзя, они должны вычисляться обязательно в результате эксперимента и только по динамометру или устройству его заменяющего.

Однако нет экспериментов, нет и коэффициентов. Необходимо дождаться проведения экспериментов по определению коэффициентов пропорциональности (единичные силы взаимодействия или электрическая и магнитная постоянные) в формулах Кулона и Ампера.

И второй случай, когда Максвелл без эксперимента «вывел» (п

3. Рассмотрим формулу гипотезы Планка о связи частоты и энергии фотона.

Эту формулу экспериментально подтвердить невозможно и, естественно, коэффициент пропорциональности неизвестен. Планк вместо экспериментально полученного коэффициента подбирает на его место что-нибудь из того, что имеется в других формулах. Но те формулы связаны только с конкретным диапазоном электромагнитного излучения, а формула предназначена для всех частотных диапазонов. Каков физический смысл этого коэффициента? На этот вопрос ответа нет. Кроме того, этот коэффициент, который назвали постоянная Планка, не является минимальным квантом (порцией энергии) в природе. Минимальным квантом в природе является энергия теряемая фотоном за одно колебание фотона. Энергия одного колебания фотона всегда величина постоянная и не от чего не зависящая. Естественно, что потеря энергии за одно колебание очень незначительная величина, поэтому поиски и расчёты её необходимо производить за как можно большее время полёта фотона (расстояние).

Для массы частицы получим

Задаваясь количественными значениями параметров, можно получить оценочные значения потерь фотона при одном колебании

Вот эти величины уже имеют физический смысл и статус как минимальные кванты в природе.

Однако, необходимо помнить, что формула гипотезы Планка, не имеющая экспериментального подтверждения, не может участвовать в доказательствах других процессов. А численные значения, полученные с использованием постоянной Планка, чисто условные, только сохраняющие пропорциональность исчисления. Вероятно, что заложенная ошибочность в коэффициенте постоянная Планка всё же, где-то проявится, и нужно быть внимательным, чтобы этот момент не пропустить.

4.О коэффициентах пропорциональности в формулах СТО Эйнштейна.

2. Классификация коррозионных сред, разрушений и процессов. Показатели скорости коррозии

Коррозия сопровождается выделением энергии (процессы коррозии протекают самопроизвольно и сопровождаются убылью энергии Гиббса (? G n +

Гетерогенный процесс состоит из последовательно протекающих стадий:

— диффузии частиц окислителя к поверхности металла,

— их адсорбции на ней,

— поверхностной химической реакции (в результате которой происходит окисление металла),

— десорбции продуктов с поверхности, их переноса в объем коррозионной среды.

Скорость коррозии определяется скоростью наиболее медленной (лимитирующей) в данных условиях стадии, которая может иметь как химическую (окисление металла), так и физическую (диффузия электролита или газа) природу.

Наиболее часто для характеристики скорости коррозии используют показатель убыли массыи глубинный показатель.

Показатель убыли массы r_масс. указывает потерю массы в единицу времени? с единицы поверхности S испытуемого образца:

В справочной литературе r _глуб. обычно приводится в мм/год.

3. Химическая коррозия: виды и разновидности

2. Химическую газовую коррозию (в дальнейшем газовую), протекающую обычно при высоких температурах.

Эти два вида химической коррозии не сопровождаются возникновением электрического тока, т.е. представляют собой обычное окислительно-восстановительное (химическое) взаимодействие металла с окружающей средой.

Газовая коррозия является наиболее часто встречающимся видом химической коррозии и обычно протекает при высоких температурах в газах и парах агрессивных веществ, когда исключена возможность их конденсации на поверхности металла, поэтому ее называютвысокотемпературной коррозией. Это коррозия сопел ракетных двигателей, лопаток газовых турбин, элементов электронагревателей и др. К газовым коррозионным агентам относятся О₂, СО₂, SO₂, H₂O, H₂S, Cl₂. Их агрессивность по отношению к различным металлам не является одинаковой, следовательно, и скорость коррозии различается.

Рассмотрим пример наиболее часто встречающейся на практике газовой коррозии:—коррозия железа, чугуна и сталей в атмосфере О₂,, СО₂, и H₂O:

При нагревании этих материалов происходит их окисление:

Состав продуктов окисления определяется главным образом температурой газовой коррозионной среды.

При этом ухудшаются их механические и антикоррозионные свойства.

Обезуглероживание может происходить и в атмосфере водорода:

4. Электрохимическая коррозия: причины и механизм возникновения

коррозия физический гравитационный модель

На практике чаще всего приходится иметь дело с электрохимической коррозией. Она, в отличие от химической, сопровождается возникновением электрического тока и протекает, как правило, в средах с хорошей ионной проводимостью.

По условиям осуществления различают:

— коррозию в электролитах;

— коррозию под напряжением и др.

Причинами возникновения электрохимической коррозии служат различные виды неоднородностей как самой поверхности металла или сплава, так и коррозионной среды. В результате вся поверхность, соприкасающаяся с токопроводящей коррозионной средой, разделяется на катодные и анодные участки, которые имеют очень малые размеры и чередуются друг с другом. В такой среде они представляют собой совокупность огромного числа короткозамкнутых коррозионных гальванических элементов, вследствие чего электрохимическую коррозию часто называют гальванической коррозией.

В СИСТЕМАХ ВОЗМОЖНО ВОЗНИКНОВЕНИЕ КОРРОЗИОННЫХ НЕ ТОЛЬКО МИКРО-, НО И МАКРОЭЛЕМЕНТОВ, НАПРИМЕР, ПРИ КОНТАКТЕ С ЭЛЕКТРОЛИТОМ ДВУХ СОПРИКАСАЮЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ИЗ МЕТАЛЛОВ РАЗЛИЧНОЙ АКТИВНОСТИ (ТАК НАЗЫВАЕТАЯКОНТАКТНАЯ КОРРОЗИЯ).

Процесс электрохимической коррозии представляет собой совокупность двух взаимосвязанных полуреакций., одновременно протекающих на поверхности металла:

а) анодной, сопровождающейся окислением атомов металла на анодных участках поверхности:

б) катодной, сопровождающейся восстановлением окислителя (окисленной формы компонента Оф) коррозионной среды (электролита) на катодных участках поверхности:

1) в аэрированных (насыщенных кислородом) коррозионных средах:

в кислотных (рН + + 4е? 2Н₂О (? 0 = 1,229 В);

2) в деарированных (несодержащих растворенный кислород) коррозионных средах:

в кислотных (рН + + 2е? Н₂ (? 0 = 0 В);

Коррозию, сопровождающуюся восстановлением молекул кислорода (в аэрированных средах) называют коррозией с поглощением кислорода или коррозией с кислородной деполяризацией.

Рассмотрим наиболее характерные и часто встречающиеся на практике случаи электрохимической коррозии.

Коррозионное разрушение сплава обусловлено его неоднородностью по химическому составу

Скорость этой разновидности электрохимической коррозии в целом тем больше, чем дальше отстоят друг от друга в ряду напряжений металлы, из которых изготовлены детали, образующие макрогальваноэлемент.

— Коррозия под действием блуждающих токов (электрокоррозия). Блуждающими называют токи, ответвляющиеся от своего основного пути. Это токи утечки из электрических цепей или любые токи, попадающие в землю от внешних источников (пути электропоездов, заземления линий тока, электрические кабели и т.п.).

Блуждающие токи вызывают коррозию газо- и нефтепроводов, электрокабелей, различных металлических подземных сооружений. Радиус их действия исчисляется десятками километров. Обычно коррозионные разрушения бывают локального типа и располагаются в местах выхода токов в землю или воду. Для подземных трубопроводов и путей электропоездов это, как правило, места изолированных сочленений и плохого контакта рельсов на стыках соответственно, а также места с недостаточной изоляцией от земли. Они являются анодными зонами и подвергаются усиленной коррозии.

Рассмотренные случаи не исчерпывают всего многообразия электрохимических коррозионных процессов, но дают представления об основных видах неоднородностей, характере взаимодействия изделий с коррозионной средой и причинах возникновения потенциалов в коррозионных средах

Изменение концентрации растворенного вещества в поверхностном слое раствора (или на границе раздела фаз) называют адсорбцией. Если вещество поглощается всем объемом растворителя, то такой процесс называют абсорбцией.

Поверхностные явления определяют такие процессы, как пропитку, экстракцию, флотацию, смазку и др.

Источник

Лекции от Мансура Гиматова. Физика процессов: время

Как известно, физика – наука точная, целиком и полностью отвечающая математическим формулировкам. И это позволяет утверждать, что, с одной стороны, современная физика имеет точную доказательную базу, но, с другой, что эта же физика не имеет прямых соприкосновений с природными явлениями и природными процессами. Иными словами, современная физика изучает не окружающую нас Природу-Вселенную, но строит некие математические модели, каковые, прежде всего, удовлетворяют принципам математики, и сквозь призму которых мы и пытаемся изучать природные взаимодействия.

Взять, например, термодинамику. Большинство ее формулировок, так или иначе, связано с понятием «идеальный газ». Т.е. мы построили матмодель несуществующей в природе среды, каковая по своим характеристикам вообще ни на что природное не похожа, но при этом полностью удовлетворяет заложенным математическим взаимосвязям. И теперь на основе выводов об этой среде выстроили целый пласт науки, изучение которого начинается еще в школе.

Подобный подход идеально подошел бы для построения виртуальных миров в компьютерных играх, но совершенно не годится для изучения окружающей нас реальности, основным инструментом постижения которой предлагается использование физики процессов.

Основное отличие физики процессов заключается в том, что она не строит матмодели, но изучает-исследует природные процессы во всей своей сложности и многозначности. И поскольку многомерная сложность реальных процессов, а также отсутствие математических взаимосвязей в них не позволят нам получать однозначное, односложное трактование взаимодействий, то первичной задачей физики процессов станет построение «генеалогического древа» процессных взаимодействий, по характерным признакам в карте которых мы начнем в дальнейшем угадывать взаимосхожесть микро и макро-процессов, в итоге, постигая непостижимое.

По сути, физика процессов мало чем отличается от построения технологических карт наших производственных предприятий. За исключением того что для построения, скажем, автомобиля мы пытаемся соединить в единую систему известные нам процессы с целью получения на выходе соответствующего продукта, тогда как в физике процессов мы должны правильно определить уже действующие процессы и расписать их взаимодействия. Конечно, масштабность предполагаемых работ и впечатляет и отталкивает, но, тем не менее, мы просто обязаны ее выполнить, если хотим получить адекватное представление об окружающем нас мире.

Несколько слов по поводу – что в этом случае можно считать природным процессом? Скажем, птичка чирикает на ветке – это процесс или нет? В терминологии физики процессов главная особенность данного термина заключена примерно в том же, что и отличие бизнес-процесса от обычного производственного процесса. Т.е. производственный процесс может называться бизнес-процессом только в том случае, если на выходе у него идет какой-либо конечный продукт, предназначенный для дальнейшей реализации. Т.е. если токарь точит шуруп – это процесс производственный. Но если мы реализовали процесс производства шурупов – как конечную продукцию производственного этапа, то это можно уже рассматривать в качестве бизнес-процесса. Аналогичным образом и в физике процессов: лишь те из происходящих изменений можно называть природным процессом, которые имеют на выходе какой-либо вполне понятный результат и проявляют ярко выраженную цикличность или жесткую повторяемость. Скажем, процесс кровообращения, являющийся частью системы жизнеобеспечения того или иного организма; или круговорот воды в природе; или вращение планет вокруг Солнца; или химические реакции – всё вышеперечисленное (и это далеко не полный список) можно отнести к изучаемому физикой процессов.

Почему именно так, а не иначе? Потому что построение карты взаимодействий всего и вся невозможно в принципе. Невозможно расписать технологическую карту производства даже автомобиля, если мы начнем последовательно описывать каждую производственную операцию. Только используя бизнес-процессы – выделенные участки производства, обеспечивающие выпуск чего-то конкретного, передаваемого на следующий уровень сборки, и рассматриваемые в качестве черных ящиков с известным лишь входом и выходом – можно создавать огромные карты как технологического, так и научно-познавательного плана.

Иными словами, построение «генеалогического древа» природных взаимодействий возможно лишь на основе процессного подхода, использующего принцип, схожий с организацией бизнес-процессов в производстве.

И, вот, на фоне предлагаемого подхода обратимся к одной из самых распространенно используемых как в науке, так и в обиходе сущностей – «время».

Несмотря на популярность данного термина, ни один ученый, ни один здравомыслящий человек не может дать определения данному термину. Почему? Да, потому что никакого времени в природе не существует! Время – это чисто математический или расчетный параметр, каковой мы (почти) всегда можем рассчитать, но никогда – потрогать/пощупать, увидеть или определить непосредственно. Время – это важнейший индивидуальный параметр каждого отдельного природного процесса, рассчитать который мы можем лишь сопоставляя события изучаемого процесса с каким либо иным процессом, например, движением стрелок на часах.

Да, мы настолько «привыкли» к его обиходности, что пытаемся найти, определить физическую сущность времени как вещи, как объекта или поля. Но не находим. И сделать это, в принципе, невозможно.

Наиболее адекватное восприятие сущности «время» дает нам понятие «плотность» из физики материалов. Что такое плотность? Это расчетный параметр, равный отношению массы материала объекта к его объему. В природе достаточно редко встречается однородность материала, а потому понятие плотность зачастую несет в себе условный характер. Более того, следует понимать, что плотность это не просто какая-то там единая физическая сущность, но расчетная характеристика данного конкретного материала/среды в соответствующих условиях.

И если мы перенесем понятие «плотность» из физики материалов в физику процессов, то и получим весьма характерное сопоставление: Время – это плотность событий (если хотите – интенсивность событий) данного конкретного процесса, проистекающих в соответствующих условиях, определяемых внешней средой.

Также как и плотность разных материалов/сред различается своим значением, так и параметр время в разных процессах принимает собственное значение.

Также как и в случае с плотностью наложение природных процессов друг на друга создает некую неоднородность их проистекания, что ведет к условности (неоднозначности) определения параметра «время» в изучаемой системе процессов.

И, думается, что также как и в случае с плотностью имеет смысл создание таблицы коэффициентов «время» для каждого выделенного природного процесса, рассматриваемого в стандартных условиях окружающей среды. Хорошим примером подобного подхода является определение периодов полураспада радиоактивных веществ, где время рассматривается не в относительном по отношению к движению стрелок часов формате, но в абсолютном выражении по отношению к процессу распада радиоактивных веществ. Правда, и в этом случае, следовало бы выбрать некий элемент за точку отсчета (допустим, тритий (водород H3) с периодом полураспада 12.3 года) и присвоить ему коэффициент «время» равный 1. Тогда, скажем, для плутония 239 (с периодом полураспада 24.4 года) наш коэффициент «время» в организуемой таблице был бы равен 2 (24.4/12.3) и т.д.

Возможно, что кто-то в данном случае возразит: таблица полураспада радиоактивных веществ и создана по предлагаемому правилу с тем лишь отличием, что «точка отсчета» выбрана не из элементов таблицы, но в ее качестве фигурирует элемент (период) процесса вращения Земли вокруг Солнца. Т.е. если в качестве единицы абсолютного времени взять один оборот Земли вокруг Солнца, то мы в точности и получим используемую ныне таблицу. Совершенно верно! Но использование периода вращения планет в качестве основы – не очень хороший вариант, поскольку он, во-первых, может быть подвержен изменению, а, во-вторых, мы не видим весь процесс – его начало и завершение, видим лишь год, несколько лет, возможно даже тысячелетие сумеем увидеть/рассчитать. Но какую долю этот период составляет от «долгожительства» всей системы, мы вряд ли когда-либо узнаем. Т.е. получается, что абсолютные значения времени различных процессов, мы привязываем к условной единице периодичности вращения Земли, что не есть правильно. Тем не менее, отметим, что периоды полураспада не закрывают нам дверь для выбора какого-либо иного процесса в качестве единицы отсчета. И единственным правилом здесь должна быть возможность полного наблюдения всего процесса – от рождения и до его завершения – для получения абсолютного, а не относительного значения.

Современное представление в науке, что время есть течение некой материальной субстанции, не имеет ни малейшего обоснования. По этому поводу неоднократно встречал возражение, что замедление атомных часов на космических станциях – неоспоримый факт, доказывающий торжество теории относительности. Но, ребята, вы просто выдаете желаемое за действительное. Атомные часы связаны с сущностью «время» точно таким же образом, что и механические часы. Вы же не будете утверждать о том, что время остановилось, поскольку ваши часы, попав в воду, встали?! Почему же тогда, замедление процесса квантовых скачков цезия, вы воспринимаете как замедление времени?! Атомные часы – это просто прибор, один из многих, сделанных человеком. Так и нужно искать причину, по которой этот прибор меняет свое значение, находясь на удалении от Земли, в невесомости, а не привязывать его несовершенство к мистическим временным потокам!

И даже если мы в качестве аллегорического представления и предложим для времени соответствующий образ потока, то он предстанет в виде множества переплетающихся друг с другом процессных ручейков, с различной скоростью/интенсивностью стекающих в озера систем-организмов, множество которых участвует в организации еще более масштабного потока. И при этом необходимо понимать, что всё это – плоская проекция значений временных констант с трехмерного мира природных процессов.

На мой взгляд, наше текущее представление времени есть результат «киношного» восприятия. И думается, что не случайно появление теорий относительности совпало с периодом зарождения и бурного развития кинематографа, позволившего запечатлевать события и прокручивать их с различной скоростью и даже в обратной последовательности. Казалось бы – еще чуть-чуть и мы достигнем подобного эффекта и в реальной жизни. Увы, это всего лишь магические иллюзии, недостижимые в банальной простоте реального мира. Мы можем лишь сохранить в памяти или на каких-либо носителях прошедшие события, но никоим образом не можем их вернуть.

Современная физика, как, впрочем, и многие другие науки, делает упор на объекте, который претерпевает изменения в результате определенных воздействий на него. В этом факторе заложен «корень зла». Важен не объект, но – процесс, в котором участвуют те или иные объекты. Не личность формирует историю, но общественные процессы, в которых участвует данная личность. Не объекты создают и развивают нашу Вселенную, но процессы, использующие соответствующие объекты для достижения собственных целей. И это основная парадигма физики процессов, которую нам еще предстоит сформировать.

Источник