Взаимодействие связанных замкнутых систем через изменяемые физические свойства объектов. (Switch theory)

Как известно в замкнутой(в данном случае не изолированной) механической системе силы(внутренние силы в замкнутой системе) находятся в равновесном состоянии. Соответственно выполняется закон сохранения энергии.
Рассмотрим систему состоящую из магнита притягивающего тело закреплённое через пружину к к стене. Тело может нагреваться изнутри нагревательным элементом. Предположим, что тепло не излучается. На тело закреплённое через пружину на штанге действует магнитное поле другого тела. Пружина растянутая силой равное силе магнитного притяжения тела к другому телу.

Magent_diagram1
Здесь две замкнутые системы. Одна система – механическая, состоящая из магнита, пружины и рабочего тела. И ещё одна система – термодинамическая, которая находится внутри тела. Причём, одно тело используется в обоих замкнутых системах.
Если к замкнутой системе будет приложена внешняя сила, то замкнутая система перестанет быть таковой и закон сохранения энергии будет выполнятся с учётом внешних воздействий на систему. Однако воздействие на замкнутую систему можно оказывать не только внешними силами, а изменением физических параметров объектов входящих в систему. При этом механическая система останется замкнутой, так как не была приложена внешняя сила. Например, если из предыдущего примера нагреть тело, притягиваемое магнитным полем. То при нагревании тела выше точки Кюри, сила действующая на тело уменьшится и пружина сожмётся. Система перейдёт в новое равновесное состояние.

Magent_diagram2
Здесь, изменение физических свойств объекта работает как переключатель, который переводит замкнутую систему из одного равновесного состояния в другое. Причём энергия потраченное на нагревание тела не будет равна работе совершённое замкнутой системы для перехода в новое равновесное состояние. При этом закон сохранения энергии работает для замкнутых систем, но не работает между замкнутыми системами. Т.е. энергия потраченная на изменение физических свойств объекта одной замкнутой системой не будет равна работе совершаемое другой замкнутой системой при переходе в новое равновесное состояние от изменения физических свойств объекта. Возникает вопрос, если энергии замкнутых систем не равны, то возможна ли ситуация, при которой энергия потраченная на изменение физических свойств объекта будет меньше энергии получаемой при переходе замкнутой системы из одного равновесного состояния в другое?
Пример.

Возмём воздушный шар наполненный водородом. Посчитаем, на какой высоте H потенциальная энергия груза закреплённая на воздушном шаре будет равна работе сжатия газа в баллоне до той величины, когда выталкивающая сила будет равна нулю.

Baloon_and_calc

После простого подсчёта с допущениями постоянства плотности воздуха и неубывающей силе гравитации высота будет равна 32 км.

При это ничто не ограничивает воздушный шар подниматься выше, так как энергия сжатия шара и потенциальная энергия шара принадлежат к разным замкнутым системам, в каждой из которых выполняется свой закон сохранения энергии.

Advertisements
%d bloggers like this: