Путилов К.А. Термодинамика (Путилов К.А. Термодинамика.djvu), страница 14

Например, Улих в своем курсе <Химической термодинамики» (перевод 1933 г., стр. 34), пишет: «Работу и тепло называют ...формами энергиии, так какможноотнятьэнергиюотсистемы ввидеработыи тепла, и втой же форме перенести ее в другие тела...». Улиху оставалось сделать всего лишь один шаг, чтобы правильно и отчетливо сказать, что теплота и работа представляют собой формы передачи энергии от одного тела к другому. Что касается размерности, то, как известно, есть немало величин, имеющих одинаковую размерность, новесьмаразличный физическийсмысл.

Если, например, скорость равномерно движущегося поезда разделить на время движения, то получится величина, имеющая размерность ускорения, но не являющаяся ускорением. Другой пример: энтропия имеет размерность теплоемкости, но не является теплоемкостью. Поэтому по меньшей мере смешно теплоту считать видом энергии на том лишь основании, что тепло, как и работа, имеет размерность энергии. Термин «размерность» общепринят, и нет смысла заменять его словом «форма»; это породило бы еще ббльшую путаницу вследствие того, что многие авторы применяют выражения «виды энергии» и «формы энергии» как равнозначные. Некоторые авторы, понимая, что трактовка тепла как вида энергии недопустима, подходят к определению понятия тепла с преувеличенной осторожностью, создавая этим видимость каких-то в действительности не существующих трудностей. Например, Эйкен в первом томе «Курса химической физики» (русский перевод 1935 г., стр.

86) пишет: «При более подробном рассмотрении оказывается, что мы в основном вовсе не знаем или по крайней мере не можем непосредственно точно определить, что именно следует понимать под «теплотой». Ведь подобно понятию температура понятие теплота чуждо основным представлениям механики, которые обычно являются отправным пунктом... Рекомендуется сначала отказаться от определения понятия «теплота и вместо этого попытаться ответить с чисто экспериментальной точки зрения на ...вопрос: какими воздействиями можно вызвать изменение термического состояния».

Далее (стр. 102) Эйкен дает по сути дела почти верное, но в некоторых отношениях неудачно сформулированное определение понятия тепла: «Изменение внутренней энергии системы никоим образом не связано только с сообщением или отнятием механической энергии, оно может происходить также и другим путем, например в результате перехода внутренней энергии от другой системы. Та часть внутренней энергии, которая может быть перенесена особенно легко, и представляет собой то что мы до сия пор называли теплотой.... Поэтому в дальнейшем под теплотой, если даже это выражение будет применяться и неудачно, следует подразумевать не наличие совершенно определенного специального вида энергии (такое определение было бы совершенно неясным, и поэтому его следует по возможности избегать), но сообщенное телу (или отнятое от него) количество энергии, которое происходит непосредственно из запаса внутренней энергии какого-либо другого тела».

Здесь неудачно сказано о «части внутренней энергии, которая может быть перенесена особенно легко». Помимо того, что понятие «легкости» переноса весьма туманно, Эйкен, как показывает заключи(ельная фраза приведенной цитаты, видимо, и сам сознавал, что никакой такой определенной «части» внутренней энергии нет.

Напрасно также Эйкен смягчает замечание, что определение тепла как вида энергии «было бы совершенно неясным»: оно просто было бы ошибочным. Но в общем Эйкен довольно близко подходит к правильному пониманию тепла как формы передачи энергии. Многие авторы современных солидных руководств по термодинамике (например, Констамм, Планк, Льюис), касаясь понятия тепла, ограничиваются пояснениями феноменологического характера, из которых„ однако, при внимательном чтении явствует, что под теплотой они разумеют не какой- либо вид энергии, а приток или отдачу энергии, происходящие не в форме работы. Льюис и Рендэлл в книге «Термодинамика и свободная энергия химических веществ» (которая в русском переводе 1936 г.

озаглавлена «Химическая термодинамика») раздел, посвященный теплоте и работе (стр. .37), начинают так: «Теплота и работа — два понятия, сыгравшие большую роль в развитии термодинамики, нередко вносившие много неопределенности и неясности в эту строго количественную науку. Мы не отказываемся от употребления этих понятий, хотя дать им исчерпывающее определение можно будет лишь в одной из следующих глав. (Это осталось несделанным.— К.

П.) Ограничимся пока разъяснениями такого рода: если система теряет энергию путем лучеиспускания или теплопроводности, то она отдает теплоту, если же потеря энергии вызвана преодолением системой внешних механических сил, то система производит работу». К этому редактор перевода П. А.

Ребиндер, ссылаясь на меня, добавляет: «Строго говоря, теплоту не следует рассматривать как форму энергии, а скорее как форму передачи энеРеии, в связи с тем, что теплота и работа не являются, в противоположность энергии, функциями состояния тела или системы, а зависйт от пути перехода, связывающего начальное состояние с конечным, относясь, таким образом, не к состоянию, а к проиессу». Итак, приходится констатировать, что в учебных и в специальных руководствах с определением понятия «тепло» дело обстоит довольно неблагополучно.

Любопытно отметить, что даже терминологическая комиссия Академии наук СССР, работавшая под руководством академика С. А. Чаплыгина и Д. С. Лотте, уклонилась от определения терминов «теплота» и «работа». В 1937 г. Академией наук был издан объемистый (в 120 страниц) проект стандарта термодинамических терминов (Бюллетень ХУ). В преди- словии к нему (стр.

7) читаем: «В предлагаемый список терминов не включены термины — теплота' и работа. По решению Комиссии определениюэтих терминов должна быть посвящена специальная работа, рассматривающая их в связи с другими фундаментальными научно-техническими терминами (энергия, масса, сила и т. д.)». 2.4. Историческая справка Но почему же в учебной и специальной литературе существует такая путаница с понятием тепла? Какие причины породили путаницу? Чтобы правильно ответить на этот вопрос, нужно хотя бы бегло проследить историю возникновения этой путаницы. Вплоть до середины прошлого столетия господствовала теория тепло- рода. Эта теория рассматривала теплоту как особое «весьма тонкое» вещество (флюид), которое обычными телами впитывается в большей или меньшей мере — в зависимости от температурных условий, подобно тому как вода впитывается губкой.

Во многих книгах можно встретить упоминание о теории теплорода как о теории, якобы столь недальновидной и немощной, что у читателя невольно возникает недоумение, как эта теория могла столь долго и упорно владеть умами ученых. В действительности, однако, теория теплорода для своего времени вовсе не была столь наивной, как она представляется нам теперь, когда мы привыкли рассматривать тепловые явления как род движения.

Многие факты теория теплорода объясняла, казалось, столь просто и наглядно, что физикам трудно было нацело отказаться от этих объяснений и забыть их даже тогда, когда со всей очевидностью обнаружилось, что эти обьяснения в корне ошибочны. В результате теория теплорода, уже будучи ниспровергнутой, продолжала влиять на умы физиков и в некоторой мере влияет и поныне, что сказывается в искаженной трактовке некоторых понятий, в которые после крушения теории теплорода надлежало влить совершенно новое содержание, но для обозначения которых сохранились термины, установленные еще теорией теплорода. Можно привести немало примеров этого влияния некогда господствовавшей теории'теплорода на принятую сейчас научную терминологию. Для обозначения теплового флюида, содержащегося в теле, служили два терминав «запас тепла» и <калооик».

От второго из этих терминов произошли современные термины: калория, калориметры, калорические величины. Живучесть термина «запас тепла», утратившего какой бы то ни было смысл, была показана в вышеприведенных цитатах. Тот факт, что различным по химической природе телам, взятым в одинаковой массе, надо, вообще говоря, сообщить различные количества тепла, чтобы нагреть их до одинаковой температуры, теория теплорода объясняла их неодинаковой восприимчивостью к теплороду.

Здесь устанавливалась аналогия с неодинаковой способностью различных тел впитывать внутрь себя воду. Представлению о гигроскопичности тел в теории теплорода соответствовало понятие о их талл»емкости. Каждому преподавателю физики известно, что этот термин своей мнимой наглядностью только затрудняет понимание того факта, что всякое тело имеет множество разных по величине теплоемкостей: теплоемкость при неизменном объеме, при неизменном давлении, при неизменности Любого параметра. Особенно же плохо то, что термин «теплоемкость» невольно влечет мысль на путь ложного представления о тепле, как о чем-то, что содержится в теле.

Факт нагревания тел при трении теория теплорода объясняла те»к что трение перемещает теплород из окружающей среды в трущиеся тела, причем предполагалось, что работа, затрачиваемая на трение, идет на перемещение теплорода с низкого температурного уровня на высокий. Работа, развиваемая паровыми машинами, объяснялась падением теплорода с высокого тем- 4Б пературного уровня на низкий, подобно тому, как мы сейчас трактуем ра» боту водяных турбин. Таким образом, «теплоте» (теплороду), содержащейся в каком-либо теле, приписывался как бы некий запас скрытой работоспособности, запас тем более значительный, чем выше температура тела. Со времени крушения теории теплорода утрачена всякая возможность говорить о тепле как о чем-то, что содержится в теле, тем не менее поныне проявляет исключительную живучесть ложная идея о перемещениях тепла с одного температурного уровня на другой, как чего-то, что сначала содержалось в одном «теплоемком теле», а потом перешло в другое «теплоемкое тело».