Второе начало термодинамики Сади Карно, В.Томпсон, Р. Клаузиус, Д. Больцман, М. Смолуховский, страница 5

Водяной пар есть одно из средств обнаРУживать этУ силУ, но не единственное: все тела пРиРоды могУт быть применены для этого; все тела способны к измененито объема, к сжатию 6-расширению при действии тепла и холода; все способны при изменении своего объема побеждать некоторые сопротивления, и, таким образом, развивать движущую силу. Твердое тело, например железный стержень, переменно нагреваемый и охлаждаемый, увеличивается и уменьшается в длине и может двигать тела, прикрепленные к его концам. Жидкость, попеременно нагреваемая и охлаждаемая, увеличивается и уменьшается в объеме и может побеждать более или менее значительные препятствия, мешающие ее расширению, Газообразная жидкость способна к большим изменениям объема при иззтенении температуры: если она находится в сосуде, который может расширяться, например в цилиндре с поршнем, то она произведет значительные движения.

Пары всех тел, споссбных переходить в газообразное состояние— цлкоголя, ртути, серы и т. д. — могут исполнять ту же роль, что и пары воды. Водяной пар, попеременно нагреваемый и охлаждаемый, мог бы производить движущую силу, как и постоянные газы, т. е. не возвращаясь в жидкое состояние. Большинство этих средств было предложено, многие даже испробованы, хотя до сих пор и без заметного успеха.

Ыы показали, что в паровых машинах движущая сила происходит, благодаря восстановленито равновесия теплорода: это имеет место не только для паровых машин, но для всех тепловых магпнн, т. е. для всех машин, где теплород является двигателем. Очевидно теплота может быть причиной движения только тогда, когда она заставляет тела изменять объем или форму; этп изменения происходят не от постоянства температуры, но именно вследствие переменного действия тепла и холода: чтобы нагреть какое-либо тело, надо иметь более теплое тело, чтобы его охладить — более холодное.

Необходимо отнять теплород у первого пз этих тел для передачи второму через посредство промежуточного вещества. Зто-то и означает восстановить, пли, по крайней мере, стараться восстановить равновесие теплорода. Здесь уместно задать себе следующий, одновременно любопытный и важный, вопрос: неизменна ли по величине движущая сила тепла, или она меняется вместе с агентом, с помощью которого она развивается, с промсжуточпой средой, выбранной как орудие действия теплотыр прп давлении, спосооном мешать воде испаряться, а именно — давлении раенои или превосходящем упругость пара при данной температуре. Коли подобного давления не проиаводилось бы атмосферным воздухом, то в одно мгновение Развился бы водяной пар в количестве достаточном, чтобы производить то же давление, и все время нужно было бы преодолевать ато давление, чтобы выбрасывать пар из машины в новую атмосферу. Это равносильно преодолеванию 3 пругости, которая остается у пара после конденсирования в обычном способе.

Если бы на поверхности земного шара царствовала очень высокая. темпеРатура, какая без сомнения ггществует внутри него, то все воды океанов'были бы в аиде пара в атмосфере и не имелось бы ня одной капли в жидком состоянии. САДИ КАРНО Ясно, что этот вопрос может быть сделан только для заданного количества тепла* и для заданной разности тезшерагур. Например пусть тело А поддерживается при тевшературе 100', а другое тело  — при температуре 0', и спрашивается, какое количество движущей силы может быть получено прп переносе определенного количества теплорода (например того, которое необходимо, чтобы расплавить 1 нг льда) от первого из этих тел ко второму; спрашивается, будет ли это количество движущей силы обязательно ограниченным, меняется ли оно с веществом, употребляемым для ее проявления, представляет ли водяной пар в этом отношении более илн менее значительные преимущества перед парами алкоголя, ртути, перед постоянным газом или каким- либо другим веществом. уаы попытаемся ответить на эти вопросы с помощью установленных выше понятий.

Очевидно само собой, как выше указано, или по крайней мере становится очсвидпым после размышления о расширении, производимом теплотой, следующее: повсюду, где имеется разность температур, может происходить возникновение движущей силы [т) . Обратно, попсзоду, где можно затратить эту силу, возможно образовать разность температур, возможно парушнть равновесие теплорода. Удар, трение тел, разве это не суть средства поднять их температуру, привести пх .в более теплое состояние, чем окружагощие предметы, нарушить равновесие теплорода там, где это равновесие прежде существовало? То, -что температура газообразных зкпдкостей повышается при сжатии и понижается при разрежении, есть результат опыта.

Вот верное средство изменять температуру тел п нарушать равновесие теплорода столько раз, сколько вздумается, посредством одного и того же тела. Водяной пар, употребленный обратным образом, чем его употребляют в паровых машинах, можно рассматривать как средство нарушать равновесие теплорода 1в~. Чтобы в этом убедиться, достаточно внимательно продумать, каким образом получается движущая сила действием теплоты на водяной иар. Представим себе два тела А и В, поддерживаемые оба при постоянной температуре, причем температура А выше температуры В: этн два тела, которым можно отдавать теплоту и брать ее не меняя их температуры, будут служить двумя бесконечными резервуарами теплорода.

Мы назовем первое нагревателем, второе — холодильнином. Если мы хотим получить движущую силу, перенося определснвсе количество тепла от тела А к телу В, то можно поступать следующим образом: 1. Отнять теплород от тела А для образования пара, т. е. заставить выполнить это тело роль топки нли, вернее,металла,из кото1 ого сделан котел в обыкновенных машинах; мы предполагаем, что пар образуется как раз прп тезгпературе тела А. * Мы считаем здесь излишним объяснять, что такое количество теплорода нлн количество тепла (мы употребляем оба выражения беа различия!. ку описывать, как эти количества измеряются калорпметром.

Мы также не обьяскяем, что такое скрытая теплота, температура, теплоемкость н т. дл читатель долязен знать этн понятия ив изучения элементарных сочинений по физике п хкьши. РАзмышления О движущей силе ОГня 2, Впустить пар в расширяюпщйся сосуд, как, например, цилицдр с поршпем; объем сосуда увеличится, а вместе с тем увеличится объем и пар ь Расширившийся пар понизит свою температуру, как это случается со всеми упругпмп жидкостями [з[; предположим, это разрежение вел ось д > тех пор, пока температура не станет равняться температуре тела В. 3. Сконденсировать пар, соприкасая его с телом В и производя пл псго одновременно постоянное давление, покуда он окончательно вс превратится в жидкость.

Тело В выполнит здесь роль воды холодильвпкп, с той только разницей, что оио конденсирует пар, не смешиваясь с пни н нс меняя своей температуры *. Операции, которые здесь описаны, могут быть проведены в одном направлении или в обратном.

Ничто не препятствует образованию пара с помощью теплорода тела В и при температуре этого тела, сжатию его так, чтобы он нагрелся до температуры тела А, н, наконец, конденсации его в соприкосновении с этим телом и продолжению сжатия до полного ожижения. Нашими первыми операциями одновременно получалась движущая сила и производился перенос теплорода от тела А к телу В; обратвымп операциями одновременно затрачпвалась движущая сила и возвращался теплород 'от тела В к телу А.

Но если действовать тем и други ч образом и тем же количеством пара, и нет никаких потерь ни в движущей силе, ни в теплороде, то количество движущей силы, произведенной в первом случае, будет равно тому, которое было затрачено во втором, и количество теплорода, прошедшее в первом случае от тела А к телу В, будет разно количеству возвратившегося во втором случае от тела В к телу А; можно делать бесконечное число операций этого рода, тлк что, в конце концов, не.будет ни произведенной движущей силы, пп перехода теплорода от одного тела к другому.

Значит, если бы существовали средства более выгодные для использования тепла, чем те, которыми пы пользовались, т. е. если бы было возможно каким бы то ни было методом получить от теплорода большее количество двинсущей силы, чем мы получили первой серией наших оп раций, то стон ло бы только употребить часть этой силы для возвра- * Можно было бы удивиться, что тело В, будучи прн той же температуре, кш пар, может его оялнжитлс строго говоря, это, конечно, невозлюжно; но так как ма.текшая разность в температуре вызовет конденсацию, то этого доста*очно, чтобы сохранить правильность наших рассуждений.

Совершенно также в диференциальном исчислении достаточно, чтобы пренебрегаемые величины можно было рассматривать как бесконечно убывающие, по отношению к величинам, сохраняемым в уравнении, чтобы быть уверенным в правильности резо.п,тата. Тело В сгущает пар, не меняя своей температуры: это следует из налл1его предположения, пбо мы приняли, что это тело поддерживается при пост энной температуре. От него отнимают столько теплорода, сколько ему нриносит пар. В таком состоянии находится металл холодильника, если конденсиРозакпе пара происходит подведением снаружи холодной воды, как это прежде делалось у многих машин. Также может находиться вода в резервуаре на постоянном уровне, если с одной стороны ее утекает столько, сколько притекает с другой.