В каких природных явлениях явно наблюдается разность масс горячих и холодных молекул воздуха?

Горячие, более тяжёлые молекулы воздуха опускаются на поверхность Земли, а холодные, с меньшей массой, оказываются вверху. При этом не надо забывать, что объёмная плотность у горячих молекул меньше, чем у холодных. Здесь два главных фактора: масса молекулы и её размер. Интервал изменения размера имеет порядок , а интервал изменения массы - . Поэтому в одних случаях поведением горячих и холодных молекул управляет закон Архимеда, а в других - законы Ньютона. Например, когда холодный воздух попадает через форточку в комнату - закрытую систему с мизерным гравитационным градиентом, то все идёт по закону Архимеда: плотность холодных молекул больше и они, опускаясь, вытесняют теплые молекулы с меньшей плотностью. Здесь фактор разности масс молекул играет меньшую роль.

59. В каких технических устройствах реализуется разность масс горячих и холодных молекул жидкостей для извлечения полезного эффекта? В вихревых трубах в момент завихрения центробежные силы инерции прижимают более тяжелые горячие молекулы жидкости к внутренней стенке трубы, а более холодные и легкие остаются в её центре (рис. 29). Этот эффект широко используется в технике и современных, так называемых вихревых насосах, которые генерируют дополнительную тепловую энергию. О вихревых трубах можно прочитать в статье Азарова А.И. Вихревые трубы в инновационном процессе. «Новая энергетика» № 4 (23) 2005, с 12 – 36.

Рис. 29. Вихревая труба: 1 – отверстие для выхода холодного воздуха;

4 – дроссель для выпуска горячего потока воздуха

60. Почему вес нагретых тел меньше, чем не нагретых? Всё зависит от разности температур нагретого и не нагретого тела. Поскольку электроны взаимодействуют с ядрами атомов линейно и поскольку не все из них являются валентными, связывающими атомы в молекулы, то есть на поверхности тел электроны со свободными связями. В результате они могут вступать в связь с протонами ионов влажного воздуха, главным из них является ион . Энергии этих связей небольшие и легко разрываются при нагревании тела. Таким образом, эти ионы взвешиваются вместе с телом, когда оно не нагрето. При нагревании тела ионы воздуха теряют связь с электронами тела и уменьшают его массу. После охлаждения тела электроны атомов опускаются на нижние энергетические уровни и энергии связи их с протонами ионов увеличиваются и вес тела восстанавливается до прежней величины.

61. Почему вес деформированных тел меньше, чем не деформированных? Причина та же. При деформации тела повышается его температура и ионы воздуха теряют связи с электронами тела, не занятыми валентными связями. После охлаждения деформируемого тела его вес восстанавливается.

62. Есть ли аналогия между разностью масс горячих и холодных молекул и явлением дефекта масс при синтезе ядер? Это одно и тоже явление. При синтезе атомов и молекул излучаются тепловые фотоны, которые уменьшают массу валентных электронов атомов, а при синтезе ядер атомов протоны излучают гамма фотоны, которые также уносят часть массы протонов и в результате появляется так называемый дефект масс ядер.

63. Почему дефект массы явно проявляется при синтезе ядер атомов и меньше проявляет себя при синтезе атомов и молекул? Потому что массы излучаемых при этом фотонов отличаются на много порядков. Массы фотонов, излучаемых при синтезе атомов и молекул, изменяются в интервале, примерно, от до , а массы фотонов, излучаемых протонами при синтезе ядер, изменяются в интервале, примерно, от до .

64. Можно ли считать удивительным тот факт, что силы инерции так тонко реагируют на изменение масс молекул, изменяющихся в интервале до ? Да, поведение молекул в вихревых трубах убедительно доказывает возможности законов механики управлять этим поведением.

65. Почему в вентиляционных системах и гидравлических системах кавитации воды генерируется дополнительная тепловая энергия? Потому что, при механическом разрыве химических связей молекул воды энергии требуется в два раза меньше, чем при тепловом. Дополнительная энергия выделяется при повторном синтезе разрушенных молекул и кластеров воздуха или воды.

66. Почему энергия, затрачиваемая на электродинамический или механический разрыв связей в молекулах газов и жидкостей, меньше энергии теплового разрыва этих связей? При тепловом разрыве химической связи энергия поглощаемых фотонов распределяется между двумя валентными электронами, формирующими такую связь, а механическая прочность такой связи в два раза меньше.