Обсуждение:Закон Бойля — Мариотта

Формулировка

Цитирую:"Закон является следствием уравнения Клапейрона." Здесь полное отсутствие логики. Не может, экспериментально открытый в середине 17го века, закон Бойля - Мариотта вытекать из уравнения, которое Клапейрон вывел путём объединения законов Бойля - Мариотта и Гей-Люссака в 19м веке. Конечно, из уравнения Клапейрона можно вывести закон Бойля - Мариотта, но это уже будет обратная теорема. Нельзя все ставить с ног на голову. Причина такого явления мне понятна. Это школьные учебники физики, в которых МКТ перемешана с термодинамикой. А это разные науки, построенные на разных принципах, но изучающие одни и те же объекты и явления природы с разных позиций.--Thermokon 17:44, 11 февраля 2016 (UTC)

Строго говоря, следовало бы написать: «Утверждение, составляющее содержание закона Бойля — Мариотта, является следствием уравнения Клапейрона». С другой стороны, «является следствием уравнения Клапейрона» есть точное повторение написанного в Физической энциклопедии, и потому причина появления данной формулировки здесь находится не в школьных учебниках. --VladVD 18:19, 11 февраля 2016 (UTC)

Правки участника Thermokon

Требуют обоснования следующие правки, внесённые участником Thermokon:

• Удаление из преамбулы утверждения, основанного на АИ
• Изменение формулировки закона в начале раздела «Формулировки»
• Изменение формул, следующих за формулировкой закона в том же разделе
• Удаление эквивалентной формулировки закона из того же раздела. --VladVD 14:45, 12 февраля 2016 (UTC)

• Уважаемый VladVD!(Меня, для простоты, можете называть настоящим именем Леонид). Я хочу чтобы вы меня правильно поняли. Я не преследую цель заменить ваш текст своим, а хочу, чтобы он был верным, независимо от того, кто его написал. Теперь мои объяснения по пунктам:

1. Удаление из преамбулы утверждения, основанного на АИ.

Причина удаления фразы "Закон является следствием уравнения Клапейрона[2]." заключается не в том, что она в принципе не верна, а в том, что она вырвана из одного контекста и вставлена в другой. Именно в этом заключена нелогичность преамбулы. Она начинается фразой, обозначающей название закона (газовый), указывающий авторов законов и даты его открытия.

Это называется историческим подходом. Как видно из текста, закон был открыт в 17м веке, а, подробнее, авторы закона проводили опыты с воздухом при условиях близким к нормальным. Таким образом, этот закон был эмпирическим. Два других газовых закона: закон Гей-Люссака и Шарля также экспериментально были открыты в конце 18го - начале 19го века. Затем, в 1834г. Бенуа Клапейрон объединил законы Бойля-Мариотта и Гей- Люссака в одно объединённое уравнение - уравнение Клапейрона. Так вот в историческом контексте сказать, что закон Бойля-Мариотта является следствием уравнения Клапейрона выглядит совершенно абсурдным. Не может прошлое вытекать из будущего - это элементарное нарушение принципа причинности, на котором построена любая наука. (В дальнейшем неточные экспериментальные газовые законы стали называть в термодинамике законами идеальных газов).

Другое дело, что в 19м веке, в рамках молекулярной теории строения вещества, с помощью ряда допущений, было теоретически выведено уравнение Клапейрона (для идеального газа), из которого можно математически вывести газовые законы, ранее открытые экспериментально. Вот в этом контексте вышеуказанная фраза из АИ не вызывает возражений и может быть включена после соответствующего разъяснения.

2.По поводу изменения формулировки закона. Цитирую стабильную версию:

"При постоянных температуре и массе газа произведение давления газа на его объём постоянно.

В математической форме это утверждение записывается в виде формулы

p V =C,

где p — давление газа; V — объём газа, а C — постоянная в оговоренных условиях величина. В общем случае значение C определяется химической природой, массой и температурой газа".

Принципиальных возражений против этого нет, но есть, на мой взгляд, более удачная и более общая эквивалентная формулировка закона, включающая разъяснение, касающееся величины С. Я привел видоизменённую мной (применительно к "данной массе газа", вместо удельного объёма) формулировку из монографии Н.И. Белоконя "Термодинамика" 1954. Цитирую автора:

"Закон Бойля-Мариотта, как закон физического состояния идеальных газов, может быть формулирован следующим образом: произведение абсолютного давления и удельного объема идеального газа при неизменной температуре сохраняет неизменную величину или, что то же, произведение абсолютного давления и удельного объема идеального газа зависит только от температуры (и xимической природы) газа:

PV=f(t)."

Кстати, Сивухин в Общем курсе физики 1991г (т2 стр.21,22) даёт близкую формулировку:произведение объёма V данной массы газа на его давление P зависит только от температуры Именно это и отражено в вышеуказанной формуле.

3. Изменение формул, следующих за формулировкой закона в том же разделе

Об изменении первой формулы я рассказал в пункте 2, далее я лишь исключил промежуточную формулу $p={\frac {C}{V}}.$ за ненадобностью, так как из формулы

$p_{1}V_{1}=p_{2}V_{2}$. непосредственно вытекает формула обратной пропорциональности давления и объёма:${\frac {p_{1}}{p_{2}}}={\frac {V_{2}}{V_{1}}}.$

4. Удаление эквивалентной формулировки закона из того же раздела.

Если я упустил словесную формулировку последнего выражения, то её можно добавить, хотя она непосредственно вытекает из последней формулы.

Кроме изменений, указанных VladVD, я изменил также фразу: "Если же газ сильно сжат, то наблюдаются существенные отступления от этого закона" в том контексте,что отступления реальных газов от этого закона наблюдаются не только при высоких давлениях, но и при низких температурах, а также при их совместном воздействии. Эти отклонения наблюдаются при температурах ниже критических и состояниях близких к условиям фазовых превращений.--Thermokon 04:05, 16 февраля 2016 (UTC)

• Преамбулу дополнил пояснением. Думаю, этого вполне достаточно.
• Не следует вводить в текст редко используемое обозначение $idem$ и понятие абсолютного давления. Они в данном тексте ничего не разъясняют, но при этом требуют разъяснения самих себя.
• В остальном в целом с вашими предложениями согласен, отдельные нюансы можно будет поправить по ходу дела. --VladVD 15:23, 17 февраля 2016 (UTC)

Уважаемый VladVD! Я в целом удовлетворён, что вы открыты для плодотворного сотрудничества и больше не буду ничего менять без обоюдного согласия. Теперь по существу. Я согласен с вами по части несвоевременности введения «idem» - символа неизменной величины при определённых условиях, оставив за «const» - символ постоянной (справочной)величины.. Это более правильно, но не общепринято, и с этим надо считаться. Теперь, относительно преамбулы. Меня такая правка, честно говоря, не удовлетворила. Если бы вы написали: «с точки зрения статистической физики» (или МКТ), то это было бы гораздо лучше, так как не возникал бы вопрос, что имеется в виду под современной физикой. И вопрос этот принципиальный, требующий разъяснения. Дело заключается в том, что наука термодинамика также является частью современной физики, поскольку статфизика её не может ни подменить, ни исключить. Это две разные науки на одной и той же поляне. Термодинамику преподают на инженерных специальностях, а статфизику – на физико- математических. Встречаясь на физичесих форумах с выпускниками физфака университетов, я с удивлением отметил их незнание классической термодинамики, (они о ней имели представление из курса общей физики), но в ряде учебников по общей физике (не говоря уже о школьных учебниках), не проводится грань между термодинамикой и кинетической теорией, например, у Яворского и Пинского (Основы физики). Однако, у Базарова (Термодинамика), в монографии Белоконя (Термодинамика) и в «Общем курсе физики» Сивухина она проводится. Суть этого разграничения состоит в том, что у этих двух наук (термодинамика и статфизика), несмотря на общий объект изучения, используются совершенно разные методы исследования. Термодинамика - аксиоматическая наука, построенная исключительно на «Началах» (законах) термодинамики, основанием которых являются постулаты, вытекающие из общечеловеческого опыта, и ни на чём более. Все уравнения и неравенства термодинамики выводятся из «Начал» методом дедукции. Термодинамика не использует в своих построениях никаких гипотез и теорий строения вещества. Кинетическую теорию она использует лишь в иллюстративных целях. Что касается газовых законов, то, с точки зрения термодинамики, это неточные эмпиричекие законы, впоследствии ставшие законами, которым в точности подчиняются только гипотетические (реально не существующие) идеальные газы.

Моя точка зрения основывается на том, что Википедия должна отражать обе позиции: как термодинамическую, так и позицию статистической физики. Тем более, что принципиальных противоречий между ними нет.

И, наконец ,абсолютное давление. Открываю несколько учебников по физике для высшей и средней школы. Ни слова об абсолютном и избыточном давлении. Даже у Сивухина.

Открываем учебники по термодинамике:

Белоконь, Основные принципы термодинамики, 1968г. стр.27 (закон Бойля – Мариотта) - "произведение абсолютного давления" и т.д.;

Нащокин, Техническая термодинамика и теплопередача, 1975г. На стр. 11, 12 даются определения абсолютного атмосферного и избыточного давлений, а на стр. читаем : «закон Бойля – Мариотта устанавливает зависимость между между удельным объёмом и абсолютным давлением идеального газа при постоянной температуре»;

Вукалович, Техническая термодинамика, 1968г. На стр. 12 – даются определения барометрического, абсолютного и избыточного давления;

И, наконец, Кириллин, Техническая термодинамика, стр. 5: «другой важный параметр состояния – абсолютное давление … избыточное давление, т.е. разность между абсолютным давлением и барометрическим (выделено мной) не определяет состояние вещества и не является, следовательно, параметром состояния, поскольку зависит от состояния окружающей среды.»

В советское время каждого кочегара парового котла учили в ПТУ отличать манометрическое (избыточное) давление от абсолютного, а сейчас даже физиков, судя по вышеизложенному, этому не учат. Вы спросите у меня насколько это важно, и я отвечу: вы не решите элементарной задачи по физике на применение газовых законов, если вместо абсолютного давления будете подставлять, заданное в условии задачи избыточное (манометрическое давление). Не стоит отмахиваться от вышеприведённых аргументов, иначе окажемся в ситуации, когда больше ста лет в курсе арифметики решали задачу о бассейне, в который вода по одним трубам вливалась и по одной выливалась, и решали её совершенно неправильно, полагая, по умолчанию, что скорость истечения воды постоянна, и не зависит от гидростатического давления.--Thermokon 03:35, 22 февраля 2016 (UTC)

• Преамбула должна лишь кратко пересказывать то, что сказано в основной части статьи. Поэтому если вы полагаете полезным более подробно рассказать о соотношении закона Бойля — Мариотта и уравнения Клапейрона, то это прежде всего надо сделать в основном тексте статьи и лишь затем дополнять преамбулу.
• Пока в статье нет ни слова об избыточном давлении, нет никакой нужды использовать уточняющее определение абсолютное. Именно такой подход используется в АИ, упомянутых вами, а также и в других. Добавление определения абсолютное ничего бы не разъяснило, а лишь затруднило бы восприятие текста и потребовало бы специальных дополнительных объяснений значения этого определения. --VladVD 10:21, 25 февраля 2016 (UTC)

• Предлагаю такой вариант. Я в ближайшее время поставлю статью "Абсолютное давление", после чего можно после формулы закона добавить: где p-абсолютное давление.--Thermokon 12:46, 26 февраля 2016 (UTC)

Согласен с VladVD, незачем в этой статье усложнять изложение, проводя разницу между термодинамическим давлением и избыточным (техническим) давлением. Здесь не учебник по технической термодинамике, достаточно будет ссылки на статью Давление, которую можно и нужно улучшать, и где уже можно разъяснять эти тонкости. Создание отдельной статьи про абсолютное давление при плачевном состоянии более общей статьи, куда эта тема прекрасно вписывается, как минимум нелогично. --Fedor Babkin ^talk 07:12, 27 февраля 2016 (UTC)

• Я уже успел эту статью поставить. Давайте решим вопрос, кто и как будет улучшать статью Давление, а потом я её сниму.--Thermokon 18:37, 28 февраля 2016 (UTC)
  • В Википедии всё делают добровольцы. Кто возьмётся, тот и будет улучшать. Удалить же статью — дело нехитрое. --Fedor Babkin ^talk 04:33, 29 февраля 2016 (UTC)

Предлагаю обсудить правку участника 37.204.244.35, прежде чем ее отменить. Участник утверждает, что законы физики не открывают а формулируют. Позвольте с этим не согласиться. Законы сначала открывают, а затем формулируют. Начнем с самого простого примера- второй закон Ньютона. Копирую из Википедии:

1."Изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует". (Формулировка Ньютона) 2.Современная формулировка: "В инерциальных системах отсчёта ускорение, приобретаемое материальной точкой, прямо пропорционально вызывающей его силе, совпадает с ней по направлению и обратно пропорционально массе материальной точки. 3.Формулировка второго закона Ньютона с использованием понятия импульса: "В инерциальных системах отсчёта производная импульса материальной точки по времени равна действующей на неё силе". Одним словом, закон один, а формулировок несколько. У начал термодинамики - еще больше различных формулировок. Уже поэтому можно говорить, что открыть закон и его сформулировать это не одно и то же. И еще один пример из Википедии:

"Периодический закон — фундаментальный закон природы, открытый Д. И. Менделеевым в 1869 году при сопоставлении свойств известных в то время химических элементов и величин их атомных масс" И, наконец, пример из Большой политехнической энциклопедии: "ЗАКОН МЕНДЕЛЕЕВА (ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН Д И МЕНДЕЛЕЕВА) — ЗАКОН МЕНДЕЛЕЕВА (ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА) в 1869 г. русский учёный открыл и сформулировал фундаментальный закон природы" Подтверждает мои слова- сначала открыл, а потом сформулировал. Может быть. в принципе, и так, что закон был открыт в результате проведенных экспериментов, а сформулирован и интерпретирован неверно под влиянием господствующей в те времена ошибочной теории, например, теплородной.--Thermokon (обс.) 19:24, 16 января 2019 (UTC)