Ученые переписали один из главных законов физики: к чему это может привести

Ученые из Университета Западной Вирджинии, США, переписали почти 200-летний первый закон термодинамики. Они выяснили, как один из главных законов физики можно применять шире, чем когда-либо прежде. Это открытие может переосмыслить наше понимание сложных энергетических систем, а также изменить технологии, пишет Popular Mechanics.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Первый закон термодинамики

Первый закон термодинамики является одним из фундаментальных законов физики. Даже если вы не сильно интересуетесь физическими исследованиями, возможно вы знакомы с упрощенной версией этого закона: энергия не может быть ни создана, ни уничтожена, но может быть преобразована в различные формы.

• Первый закон термодинамики является законом сохранения энергии, который применяется к тепловым процессам. Он гласит, что изменение внутренней энергии системы равно сумме полученной теплоты и работы, совершенной над системой, или, другими словами, количество теплоты, переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и совершение работы системой над внешней средой.

"Предположим, вы нагреваете воздушный шар. Первый закон термодинамики определяет, насколько расширяется воздушный шар и насколько нагревается газ внутри него. Ключевым моментом является то, что общее количество энергии, заставляющей воздушный шар расширяться, а газ нагреваться, равно количеству тепла, которое вы в него вкладываете", — говорят ученые.

Первый закон термодинамики стал полезным инструментом для физиков с момента его открытия в 1850-х годах. Но есть одна проблема: закон работал только тогда, когда системы находились в состоянии термодинамического равновесия или близко к нему. Это означает, что температура системы постоянна во всей системе. Нет больших горячих и холодных точек и везде практически одинаковая температура, а значит, везде практически одинаковое количество энергии.

Физики переписали первый закон термодинамики

Физики уже давно пытаются найти способ применить первый закон термодинамики к системам, которые не находятся в равновесии. С многими из этих систем мы не сталкиваемся в повседневной жизни, но они очень распространены во Вселенной в таких веществах, как космическая плазма, встречающаяся повсюду, от хвостов комет до внешних слоев звезд.

Ученые выяснили, что преобразование энергии в системах, находящихся в термодинамическом равновесии, можно почти полностью описать их плотностью и давлением. Но характер преобразования энергии в более сложных системах определяется гораздо большим, чем просто плотностью и давлением.

"Вне равновесия первый закон термодинамики продолжает описывать только преобразование энергии в процессе, изменяющем плотность и температуру. Мы обнаружили, что все остальные величины, описывающие газ, жидкость или плазму, когда они не находятся в равновесии, не попадают под действие первого закона термодинамики", — говорят ученые.

Физикам был нужен способ количественной оценки всех преобразований энергии, которые не описывались плотностью и давлением. И они его нашли.

Ученые считают, что результаты их исследования можно применить в разных областях науки: от химических и физических исследований до создания новых технологий в производстве электронных схем и квантовых вычислениях.

Как уже писал Фокус, ученые обнаружили сверхмассивную черную дыру, которая нарушает теоретическое правило физики для данных объектов.

Также Фокус писал о том, что ученые рассказали, действительно ли древние египтяне устанавливали мины-ловушки в пирамидах. Древние египтяне не хотели, чтобы грабители украли сокровища из пирамид и придумывали разные способы для защиты гробниц фараонов.