Кричевский И.Р. Понятия и основы термодинамики (Кричевский И.Р. Понятия и основы термодинамики.djvu), страница 7

й) чь Ни исследования Блека, ни лекции не были напечатаны при его жизни. После смерти Блека его ученик Робисон издал лекции покойного учителя. Ав- тор не мог достать этик лекций на английском языке и прочел ик в переводе на немецкий язык. Лекции Блека и в наше время читаются с большим инте- Ресом, С практической точки зрения это новое заключение может и не представлять большой важности: изменение температуры будет составлять всего Ы!и Т, -17 — - — 1О см-' лг в гравитационном поле с интенсивностью, равной интенсивности на поверхности земли.

С теоретической точки зрения новое заключение представляет интерес: оно ведет к изменению одного из наиболее лелеянных результатов классической термодинамики» [40). Блек ясно понимал, что термическое равновесие не может установиться при неравенстве внешних условий. Выставим на воздух под лучи солнца два термометра — один с почерненным шариком, другой с посеребренным. Первый термометр покажет более высокую температуру, чем второй, так как почерненный шарик поглощает гораздо больше солнечной радиации, чем посеребренный шарик. Если бы посеребренная поверхность шарика полностью отражала солнечную радиацию, то этот термометр мог бы прийти в термическое равновесие с окружающим воздухом и правильно показал бы его температуру.

Но термометр с почерненным шариком не может прийти в термическое равновесие с окружающим воздухом, н температура этого термометра выше температуры воздуха. Фарадей помещал (1822 г.) термометр в пар над кипящим водным раствором соли. Какова бы ни была температура самого раствора, термометр всегда показывал температуру, равную температуре кипения чистой воды при давлении опыта. Фарадей приписал это явление особым свойствам водяного пара повышать температуру раствора выше своей собственной температуры.

Гей-Люссак, тогда редактор журнала, в котором была опубликована статья Фарадея, сопроводил ее примечанием: «Согласно неопровержимому свидетельству опыта температура пара над любой жидкостью при любом давлении точно равна температуре жидкости, находящейся в непосредственном соприкосновении с паром» [4Ц. Примечание Гей-Люссака совершенно правильно. Однако оно не объясняет причины явления, наблюденного Фарадеем, а только побуждает искать ее. Причина же состоит в следующем; из-за несовершенной теплоизоляции пар охлаждается и конденсируется при давлении опыта на шарике термометра. Поэтому термометр и показывает температуру кипения чистой воды при давлении опыта.

Измерение температуры пара при его термическом равновесии с жидким раствором — не простая экспериментальная задача. Удачное ее решение было найдено сравнительно недавно [42]. В современной термодинамике правильно оценивается важность закона термического равновесия. Чтобы подчеркнуть значение этого закона, было предложено дать ему номер. Ведь три других основных закона термодинамики имеют номера. Но изменение названий первого, второго и третьего начал термодинамики вряд ли 30 можно было осуществить, и для закона термического равновесия предложили нелепо звучащее наименование — нулевой закон термодинамики. Сопоставление термометрических шкал Литература Хт7П1 в. была полна описаниями различных термометрических шкал.

Они теперь давно забыты. Еще во второй половине ХЧП1 в. на практике применялись девятнадцать различных шкал [27). Такое изобилие вызывало необходимость сопоставлять шкалы. Подобные сопоставления проводились ие раз. Самое обстоятельное исследование с получением важных выводов выполнили (!8!7 г.) Дюлонг и Пти (43!. Дюлонг и Пти применили в качестве термометрических веществ воздух (при постоянном давлении), ртуть, железо, медь и стекло. Для каждого вещества Дюлонг н Пти строили стоградусную шкалу Цельсия.

Они сопоставляли с одним градусом термометрической шкалы одну сотую приращения объема (при постоянном давлении) термометрического вещества, когда это вещество последовательно приходило в термическое равновесие с тающим льдом (О' для всех веществ) и водой, кипящей под атмосферным давлением (100' для всех веществ).

Измерения показали, что термометры с указанными выше термометрическими веществамн, придя в термическое равновесие с какой-нибудь системой, показывали в одном и том же случае различные температуры (за исключением, понятно, тех случаев, когда системой являлся тающий лед или кипящая под атмосферным давлением вода): 0 100 200 300 0 100 204,61 3!4,15 0 100 372,6 0 100 328,8 0 100 213,2 362,9 Воздух . Ртуть Железо Медь ., Стекло . 31 Таким образом, даже при одном и том же принципе построения Термометрнческой шкалы численная характеристика температуры зависит от термометрического вещества.

Только показания газовых термометров не зависят (практически) от природы газа. Поэтому Дюлонг и Пти высказали предположение, что «большое число термических явлений предстанет в более простой форме, если изме. рять температуру воздушным термометром» (43]. Предположение Р й ь Работа Дюлоига и Пти получила премию по физике от Французской Ака. демии наук. Длк своего времени зта работа действительно былаобразцовымзксперимеитальиым исследованием, Гей-Люссак при открытии закона термического расширения газов измерял температуру ртутно-стеклянным термометром со шкалой Цельсия, При возрастании температуры расхождение между показаниями воздушного и ртутного термометров увеличивается: закон Гей-Люссака все более превращается в приближен.

ный закон при высоких температурах. В пределе же температур от 0 до 100' С закон Гей-Люссака соблюдается достаточно точно: максимальное расхождение между показаниями воздушного н ртутного термометров составляет всего лишь 0,1' С. Численное значение температуры зависит от термометрической шкалы и термометрического вещества.

Тогда от этих факторов зависит и численное значение любой величины, в которую входит температура, и эти факторы определяют характер зависимости величины от температуры. Будем, например, измерять температуру воздушным термометром. При этом термические коэффициенты объемного расширения прочих термометрических веществ, примененных Дюлонгом и Пти, увеличиваются с возрастанием температуры.

Если же измерять температуру железным термометром, то термические коэффициенты объемного расширения других термометрических веществ уменьшаются с возрастанием температуры 14). Нельзя, однако, изменить характер зависимости, например, коэффициента объемного сжатия !при постоянной температуре) от давления, изменяя единицы, в которых измеряются объем и давление. Если этот коэффициент уменьшается с увеличением давления при одном каком-нибудь выборе единиц„то он будет уменьшаться и при любом другом выборе их.

Тогда надо ответить на вопрос, возникший фактически с 'момента изобретения термометра Галилеем: чем отличается измерение температуры от измерения такой величины, как, например, объем? Гегель первый дал (1813 г.) правильный ответ на этот вопрос ~44). Свойства системы н их измерение Опыт показывает, что у азота' значения любых двух величин из ряда таких, как плотность, давление, температура, показатель преломления, вязкость, теплопроводность, диэлектрическая проницаемость и т.

д., определяют значения всех остальных величин. Опыт показывает также, что условия, при которых воспроизводятся значения двух выбранных величин, не играют никакой роли и не влияют на значения остальных величин. Безразлично, например, воспроизвести ли данную температуру нагреванием или охлаждением азота. Поэтому говорят, что значения всех указанных выше величин зависят только от состояния системы. Сами же величины получили название свойств системы.

Как!ге именно свойства си- " Азот рвссмвтрнвнетси длн конкретности кзк один из огромного кисли возможных иримеров, 32 стемы являются предметом термодинамического изучения, станет постепенно ясно из дальнейшего изложения. Состояние системы — это совокупность ее свойств. Изменилось состояние системы, изменились значения ее свойств. Восстановилось прежнее состояние системы, восстановились значения ее свойств. Данное состояние сисггмьс не зависит аг ге прошлых соггоянийс Поэтому разность значений свойства в двух состояниях системы, начальном и конечном, зависит только от самих состояний. На эту разность не влияют состояния, через которые прошла система от начального состояния до конечного.

Изменение свойства не зависит от пути перехода систгмьс из начального состояния в конечное. Справедливо и обратное положение: если при переходе системы из одного состояния в другое изменение величины не зависит от пути перехода, а определяется только начальным и конечным состояниями системы, то эта величина — свойство системы.