Теплота Бородинское сражение

Не отступая от военной тематики, снова устремимся на поле брани, но теперь перенесемся в еще более  давнюю историю – в 1812 год. Тем более, что мы совсем недавно отметили 200-летний юбилей великой битвы под Бородино.

Но сначала вернемся к предыдущей статье и представим атомы брони и снаряда, в форме солдат наполеоновской и кутузовской армий.

Общая численность русской армии определяется мемуаристами и историками в широком диапазоне  от 110 до 150 тысяч человек.

Историк Богданович оценил позицию русской армии как 103 тысячи регулярных войск (72 тысячи пехоты, 17 тысяч кавалерии, 14 тысяч артиллеристов), 7 тысяч казаков и 10 тысяч ратников ополчения, 640 орудий. Итого 120 тысяч человек.

Численность французской армии оценивается более определённо — около 130 тысяч солдат и 587 орудий.

Глядя, на приведенные выше данные, можно отметить, что по численности обе армии были примерно равны. Это для нас весьма важно для дальнейшего расследования и чистоты эксперимента.

В 5-30 утра 26 августа (7 сентября по нашему стилю) 1812 года французская артиллерия начала обстрел позиций левого фланга русской армии. Одновременно на центр дислокации русских, село Бородино, под прикрытием густого утреннего тумана в отвлекающую атаку двинулась дивизия Дельзона. Бородино оборонял гвардейский Егерский полк под командованием полковника Бистрома. Около получаса егеря отбивались от четырёхкратно превосходящего противника, однако под угрозой обхода с фланга, вынуждены были отступить за реку Колочу. На их плечах, непрерывно атакуя, переправился и 106-й линейный полк французов. Бой завязался с новой силой.

Командующий 1-й Западной армией Барклай-де-Толли, видя безвыходную ситуацию Егерского полка, бросил на помощь еще 3 егерских полка. Подкрепление оказалось кстати, сходу атакуя неприятеля, они сожгли мост через Колочу, а затем сбросили французов в реку. Это был ощутимый урон, нанесенный французской армии в первые часы самого кровопролитного сражения среди однодневных сражений.

Вот так примерно, согласно дошедших до нас сведений, началось это историческое сражение при Бородино.

Битва продолжалась до темна, пока можно было отличить своих от чужих, и закончилась, как мы знаем, боевой ничьей. Полководцы, каждый записал на свой счёт победу, но праздновать было некогда. Совет в Филях уже принял ранее вердикт о сдаче Москвы, нужно было отступать.

Была ли необходимость о сдаче Москвы французам на разграбление? Оставим это историкам, а мы вернемся на день назад и представим все в идеализированной форме.

За день до сражения солдаты армий противников готовятся к предстоящему сражению. Кто-то приводит в порядок оружие и форму, кто-то греет чай на костре, а кто-то молится Богу. Идет перестроение войск. Полевые кухни готовят калорийный обед перед предстоящим сражением. Какое-то количество солдат фехтуют на шашках, высекая искры лезвиями клинков.

Отождествим всю эту энергию перед предстоящим сражением с энергией теплового хаотического движения в покоящихся телах.

Далее идеализируем картину сражения.

В день сражения солдаты враждующих армий рано утром построены в боевые порядки, шеренга за шеренгой, и так по всей площади равнины.

По первому пушечному выстрелу, под дробь барабанов, передние шеренги неприятельских армий бросаются друг на друга, сминают, вклиниваются и перемешиваются в контактном рукопашном бое.

В нашем случае, это момент выстрела по танку «Тигр». Снаряд летит и ударяется о броню, его головная часть расплющивается.

В это самое время сражение под Бородино только  набирает силу. Из-за ограниченности пространства, в баталии принимают участие только первые шеренги воинов. Вместо выбывших, подходят задние линии, и они становятся первыми, создавая еще более плотный контакт рукопашного боя - это теплота трения в пограничном слое.

Для отождествления данной картины с реальной нам бы больше подошли сражения римлян с Ганнибалом или Александра Македонского с Персами, но у них не было артиллерии, которая дает основной тепловой нагрев фонового пространства. А он необходим для отождествления с тепловым, хаотичным движением частиц, присутствующий в молекулярно-кинетической теории.

Пока шли рассуждения, снаряд советского танка, еще в начале статьи, пробил отверстие в толстенной броне хваленого «Тигра».

Специалисты тщательно осматривают оплавленную броню, замеряют размеры отверстия и делают предварительные умозаключения.

А нам еще рано делать окончательные выводы, поэтому вернемся к нашим атомам.

Следуя логике рассуждений, с точки зрения молекулярно-кинетической теории, тепловое движение частиц, в момент удара снаряда о броню, произойдет только в пограничном слое, в площади контакта.  Остальные атомы брони и снаряда под действием инерции лишь только «качнутся». Все построятся как драгуны и уланы плечо в плечо, затылок в затылок и в этот момент не смогут принять участие в тепловом, междоусобном движении внутри ударившихся тел, что собственно и происходит в данный момент на поле брани.

В реальной баталии к энергии теплового движения передовой линии сечи добавится еще энергия от артиллерийской стрельбы, дымовых шашек, пожаров, ударов лошадиных подков и т.п.

На этом, закончим превращения солдат в атомы и сделаем количественный расчет теплового движения. Но сначала подсчитаем общее количество атомов выбитого куска металла брони. Для чего прибегнем к справочным данным о размерах атома и промежутков между ними.

Атомы имеют размеры около 10-7 мм, такое же расстояние предполагается между атомными плоскостями.

Вычислим площадь S и объем выбитого металла V с учетом, что в 100 миллиметровой броне танка выбито отверстие диаметром 90 мм:

S = πr2 = 3,14 · 452 = 6358,5 мм2

V = Sh = 6358,5·100 = 635850 мм3

 

Далее подсчитаем количество атомов, которое разместится на данной площади, предварительно определив площадь сечения одного атома:

 

Тогда в одном слое площади, выбитой брони, уместится:

 

0,5 – коэффициент заполнения атомов в слое

Определим количество слоев в выбитом металле:

 

 

k – коэффициент заполнения атомов в объеме,

l – толщина брони в мм,

dа – средний диаметр атома в мм.

Найдем общее количество атомов в выбитой броне:

nоб=nатNсл=4,05·1017·5·108=20,25·1025 атомов

Определим емкость электрических зарядов, которую могут иметь атомы, размещенные в одном слое, учитывая, что элементарный заряд электрона равен 1,6 ? 10-19 Кл.

qсл=4,05·1017·1,6·10-19=0,0648 Кл              (6)

Определим общий электрический заряд всех атомов:

qоб=20,25·1025·1,6·10-19=3,24·107 Кл        (7)

В данной цифре мы учли, что в выбитых атомах (в выбитой броне) прореагировало только по одному электрону каждого атома, а у железа их 26. Тогда общий электрический заряд будет равен:

qоб=3,24·107·26=8,4·108  Кл                    (8)

Теперь, приравняв квант электричества к кванту теплоты, как мы сделали ранее, можно сказать, что в одном пограничном, атомном слое двух взаимодействующих тел при ударе, выделится 0,0648 Дж (6) теплоты.

qсл=Qсл=0,0648 Дж

qсл=0,0648·26=1,6848 Дж

В двух пограничных слоях, соответственно:

2·1,6848=3,3696 Дж                      (9)

В тысяче пограничных слоев:

1000·1,6848 = 1684,8 Дж

Приведенные цифры показывают, что два контактирующих, пограничных слоя выделят 0,648 Джоулей теплоты! Что они могут согреть?

Учитывая, что средняя теплоемкость воды равна:

С=4.2 кДж/(кгК), то теплота тысячи пограничных слоев (1684 Дж) могут согреть 400 г воды на 1 градус К.

Как видите, теплоты в пограничном слое выделилось столько, что ее не хватит, чтобы вскипятить один стакан воды. А расплавить бронебойную сталь, здесь требуется совершенно другая энергия.

Даже тысяча пограничных слоев, дающих теплоту «теплового движения», в соответствии с молекулярно-кинетической теорией, весьма далеко и недостаточно для разогрева тел до высокой температуры.

А потому выходит, что только по боевой команде «Огонь!», все как один атомы – солдаты выстрелят. От удара все атомы перейдут в возбужденное состояние, внешние электроны в атомах покинут энергетические уровни. Произойдет локальная поляризация атомов взаимодействующих тел. Одновременно, прореагировав между собой, полярные заряды в общей сумме  выделят огромное количество энергии в виде тепла и света.

В пограничных слоях, которые деформируются, происходит дополнительное разделение электрических зарядов (ионизация атомов), а затем их рекомбинация, с соответствующим выделением теплоты.

Возникновение теплоты в узлах трения и в телах, подвергшихся деформации или удару, вызвано одновременной поляризацией колонии молекул и атомов, а затем рекомбинацией между собой разделенных зарядов.

Продолжим наш расчет и логику рассуждений…

 Назад  Вперед

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *


Ваш комментарий на модерации.