4. 3. 018 Поток энергии Умова

4.3 Физика

4.3.018 Поток энергии Умова
(к сожалению, формулы воспроизводятся не точно)


Физик, философ, педагог, лектор, пропагандист, популяризатор науки, общественный деятель; профессор Новороссийского и Московского университетов, Московского технического училища; почетный доктор Глазговского университета; основатель (совместно с П.Н. Лебедевым) Физического института при Московском университете; президент Московского общества испытателей природы, председатель Московского педагогического общества, товарищ председателя «Общества содействия успехам опытных наук и практических применений им. Х.С. Леденцова»; издатель и главный редактор журнала «Научное слово» — Николай Алексеевич Умов (1846—1915) является автором учения о движении энергии в телах, базового понятия в новейшей физике — потока энергии, т.н. вектора Умова.

Умов — первооткрыватель классической формулы общего уравнения движения энергии.



Человечество с каждым годом все больше нуждается в энергии — механической, тепловой, химической, электрической, ядерной. Все эти формы энергии, трансформируясь друг в друга, дают совокупность энергетических процессов, без которых не обойтись ни обывателям, ни ученым. Последних всегда интересовал вопрос — каким образом происходит эта трансформация и как повысить ее к.п.д.

Схематично это выглядит так. В замкнутый объем через поверхность поступает первичная энергия, а затем выходит преобразованная (разумеется, в рамках закона сохранения энергии). Плотность потока энергии (Su) при этом ограничена физическими свойствами среды, через которую она течет.

Этот термин — плотность потока энергии ввел в начале 1870-х гг. русский физик Н.А. Умов, опубликовавший несколько работ о движении энергии, в которых развил представления о плотности энергии в данной точке среды, скорости и направлении движения энергии, о локализации потока энергии в пространстве.

Ученый составил дифференциальные уравнения движения энергии в твердых телах постоянной упругости и в жидких телах, интегрируя которые и применяя к распространению волн в упругой среде, пришел к заключению, что энергия целиком переносится волной от одной точки к другой.

«Количество энергии, проходящей через элемент поверхности тела в единицу времени, равно силе давления или натяжения, действующей на этот элемент, умноженной на скорость движения элемента» — этот вывод называется теоремой Умова.

Уравнение непрерывности в свободном пространстве для движущихся упругих сред и вязких жидкостей имеет вид:

 dw/dt + div Su  = 0,

где Su = wv; w — плотность энергии; v — скорость движения среды.

После защиты ученым в 1874 г. докторской диссертации «Уравнения движения энергии в телах» Su принято называть в нашей стране вектором Умова.

В 1884 г. английский физик Д. Пойнтинг, независимо от Умова и ничего не зная о трудах русского ученого, получил подобное выражение для частного случая — электромагнитного поля (поперечных электромагнитных волн). На Западе без особых рефлексий вектор Умова переименовали в вектор Пойнтинга (Sp).

Sp = [E ; H]; E и H — напряженности электрического и магнитного полей.

Сам Умов, кстати, отмечал, что его выводы применимы и в электромагнитных полях.

Необходимо различать принципиальную разницу между этими понятиями — Su и Sp. Вектор Пойнтинга можно рассматривать только применительно к электромагнитным полям, тогда как вектор Умова применим ко всем силовым полям без исключения, поскольку сами уравнения движения энергии получены Умовым для движения любого вида энергии, происходящего в любой среде, т.е. носят самый общий характер.

Не прибегая к выкладкам, заметим еще, что вектор Умова Su описывает конвективный перенос энергии из одной точки пространства в другую, в частности, полем движущегося заряда; а вектор Пойнтинга связан лишь с переносом энергии электромагнитными волнами.

Труды Умова своей математической сложностью представляли «крепкий орешек» для российских и зарубежных коллег Николая Алексеевича. Утверждали даже, что они «лишены какого бы то ни было научного смысла и представляют собой… простой набор математических формул». Раскусили их не сразу, но, раскусив, буквально растащили на цитаты, при этом не всегда озвучивая автора.

Так было и в других случаях. Когда Умов показал свою блестящую работу «О стационарном движении электричества на проводящих поверхностях произвольного вида» немецкому физику Г. Кирхгофу, тот тут же умыкнул главные положения этого исследования и опубликовал их под своим именем (не забыв, правда, упомянуть и русского ученого).

Фактически то же самое произошло и со знаменитой формулой E = mc2, которую русский физик получил лет за тридцать до А. Эйнштейна — опять же как общий случай для волновых процессов в упругих средах. (Умов вывел соотношение между энергией волновых полей и их инерцией: dE = c2dm).

Но вернемся к вектору и к области его применения. Надо сказать, что область эта — широчайшая, как в науке, так и в технике. Без вектора Умова не обойтись при освоении нового вида энергии (скажем, термоядерной), при разработке сложного и дорогостоящего технического устройства (ТОКОМАК).

35 лет назад, в преддверии глобального мирового энергетического кризиса из-за исчерпания природных энергетических ресурсов, П.Л. Капица в одном из своих докладов, посвященных энергетической проблеме, обосновывая свои положения в выборе того или иного вида энергии, оперировал только вектором Умова.

Рассматривая альтернативные способы получения энергии, академик подчеркивал удобство вектора Умова для изучения процессов преобразования энергии. При этом Капица привел примеры, как с помощью этого вектора определяют предельную мощность мотора или турбины; мощность трансмиссии ременной передачи; предельную мощность, передаваемую лентой в генераторе типа Ван-де-Граафа; предельную мощность в газовых, химических элементах, в солнечных батареях, геотермальных источниках; как находят предельную высоту, на которой может летать турбореактивный самолет и т.д.

К сказанному Капицей можно добавить, что вектор Умова применяют для проектирования электромагнитных излучателей и направляющих систем в радиоэлектронной аппаратуре, для расчета энергетических характеристик антенн, в частности, сопротивления излучения выпускных самолетных антенн.

Вектор необходим при определении оптимальной аэродинамической конструкции летательного аппарата в поле скоростей. В процессах и аппаратах химических технологий его используют для составления детерминированных и идеальных математических моделей. В электротехнике с его помощью определяют внутреннее активное и реактивное сопротивление проводника. И т.д. и т.п.

«Представления Умова о движении и распределении энергии в средах, о ее потоке, скорости и направлении являются общепризнанными в современной физике. Они прочно завоевали себе место в таких ее разделах, как теория поля, электродинамика, оптика, акустика, гидродинамика… Именно Умов изложил очень ценную идею об универсальности всех силовых взаимодействий в природе» (профессор А.Л. Шаляпин).

P.S.I Писатель Андрей Белый оставил яркие воспоминания о своем преподавателе — Н.А. Умове, в котором адекватно своему учителю употребил много редких, но метких слов: «Огромная область физика была им высечена перед нами, как художественное произведение, единообразное по стилю… Он вводил нас в суть вопроса, как жрец, сперва протомив подготовкою; взвивал занавесь, и мы видели не историю становления вопроса, а некую драму-мистерию; так, пленив нас вопросом, он углублялся уже в детализацию и раскрытие чисто математических формул».

P.S.II  Признателен автору Михаилу Попову 3-му за следующее пояснение:.
«В природе существует всего два формирующих процесса: диполирование и квантование. Понимая это, я бы говорил не об энергии, а о силах. Вектор Умова - результирующая сила конкретного Диполя. Источником всякого движения является неравновесие, которое и выражается в любой материальной форме вектором, т.е. результирующей силой. Когда полевая неравновесность достигает 50 и более %, она разрешается движением импульса. В этом суть природы всех видов взаимодействий. Возникшее движение обладает инерцией, т. е энергией.
Надо заметить, что Умов не является первооткрывателем дипольного вектора. НАШИ ПРЕДКИ ДАВНО ЗНАЛИ О НЕМ.
Уже в сказке о Кащее Бессмертном утверждалось, что смерть Кащея на кончике иглы, которая в яйце. Каждое живое существо имеет такой дипольный вектор (Диполь имеет форму яйца), который и определяет его духовные связи. ЕГО СУДЬБУ, ЕГО ДОЛГОЛЕТИЕ. Это понимал и Великий Гете, который пустил в мир алллегорию "Копье судьбы". Размышляя над судьбой Иисуса Христа, он наделил копье, которым стражник ударом в сердце облегчил страдания Иисуса, мистической силой и всемогуществом. Говорят что "Анэнербе" и сам Гитлер потратили немало времени и сил, разыскивая этот артефакт. Они не понимали, что "Копье Судьбы" находится в каждом человеке. Еще ранее Йоги разработали технику управления этим копьем, свои дипольным вектором. Овладев Самьямой они получали возможность многократно увеличивать свою духовную силу, развивать любой духовный центр и духовные силы, том числе и духовное видение».


Рецензии
Читая Вас ,я поражаюсь вашим Знанием.
Да!Николай Алексеевич Умов Был Великим Учьеным!
С Почтением и Наилучшими Пожеланиями Гевхар Антига.

Гёвхар Антига -Гёвхар Ариф Гызы   08.10.2017 12:54     Заявить о нарушении
Благодарю Вас, уважаемая Гёвхар Антига, за неизменный интерес к моим вещам и добрые отзывы!
Радости Вам и здоровья!
С признательностью и теплом,
Виорэль Ломов.

Виорэль Ломов   08.10.2017 15:18   Заявить о нарушении
Благодарю Вас! С Почтением Гевхар Антига.

Гёвхар Антига -Гёвхар Ариф Гызы   08.10.2017 16:18   Заявить о нарушении
На это произведение написано 5 рецензий, здесь отображается последняя, остальные - в полном списке.