Второе начало термодинамики Сади Карно, В.Томпсон, Р. Клаузиус, Д. Больцман, М. Смолуховский (1013602), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Для этого потребовалось бы, конечно, чрезвычайно большое усилие. Так как твердые тела способны лишь к малым изменениям температуры при изменениях объема, а прн наилучшем использовании тепла для развития движущей силы всякое изменение температуры должно происходить от изменения объема, то твердые тела представляются мало пригодными для развития этой силы. Жидкие тела в таком же точно положении; по тем же причинам их следует признать непригодными *. Мы не говорим здесь о практических трудностях, они будут бесчисленны.
Движения, производимые расширением и сжатием твердых тел или жидкостей, очень малы; для их увеличения пришлось бы пользоваться сложными механизмами; пришлось бы употреблять наиболее прочные материалы для передачи колоссальных давлений; наконец сяедующие друг за.другом операции происходили бы лишь весьма медленно по сравнению с операциями в обычных тепловых машинах, так что машины больших размеров и высокой стоимости производили бы лишь незначительные действия. Упругие жидкости, газы или пары, суть орудия, поистине предназначенные для развития движущей силы тепла. Они соединяют зсе необходимые условия для хорошего выполнения этой задачи.
Их легко сжимать; они обладают свойством почти неограниченно расширяться; изменения объема вызывают в них большие изменения температуры, наконец, они очень подвижны, их легко быстро нагревать и охлаждать, легко переносить с одного места в другое, что позволяет им быстро выполнять требуемые от ннх действия. Можно легко представить себе множество машин, способных развивать движущую силу тепла прн потреблениии упругих жидкостей; е Недавние опыты Эрстеда (Оегегео) над сжимаемостью воды покаааии, ето при давлении в 5 аги температура етоз жидкости не испытывает еаметного иемеиемин (еАипа)еа г)е раувгйве ее ое сЫппее, февраяь $823, р.
2921). гьзмышлвния о дэнжтщвй осли огня но, каким бы образом зто ни делалось, нельзя терять нз виду следующие принципы: 1. Температура газа должна быль первоначально как можно вэшю, чтобы получить большое падение теплорода н отсюда значитеяьное развитие движущей силы. 2. По той же причине охлаждение должно быть как можно болыпэ. 3. Переход упругой жидкости от наиболее высокой температуры к наиболее низкой должен происходить от увеличения объема, т.
е. охлаждение газа должно происходить самостоятельно от его расширения. Предел температуры, до которой можно первоначально довести газ, это температура, развиваемая при сгорании; она очень высока. Предел охлаждейия — это температура наиболее холодных тел, которыми можно легко располагать и в большом количестве: этим телом обычно является вода окружающей местности. Что касается третьего условия, то оно мешает развитию движущей силы тепла при больших разностях температур, мешает использовать большие падения теплорода. В самом деле, тогда газ должен благодаря расширению перейти от очень высокой температуры к очень низкой; зто требует большого изменения объема и плотности, а это, в свою очередь — чтобы газ был первоначально взят при очень высоком давлении или достиг бы расширением колоссального объема.
Оба условия — трудно выполнимые. Первое делает необходимым употребление очень крепких сосудов для содержания газа, находящегося одновременно при сильном давлении и высокой температуре; второе— весьма больших сосудов. В этом, действительно, заключаются главные трудности, мешающие использовать большую часть движущей силы тепла. Благодаря этим границам мы вынуждены пользоваться малым падением теплорода, в то время как сгорание угля дает средства пользоваться весьма значительным падением. В обычных паровых машинах упругая жидкость образуется при давлении, не превышающем 6 ащ, соответствующем, приблизительно, 160, и в редких случаях конденсация происходит при температуре значительно ниже 40', падение теплорода от 160 до 40' составляет 120, в то время как,горением можно было бы создать падение на 1000 и до 2000'.
Чтобы это сделать более понятным, напомним, что именно мы назвали падением теплорода: это — переход теплоты от тела А, где температура повьппена, к другому телу В, где она более низка. Иы говорим, что падение тейлорода равно 100 йли И~Х~', когда разность температур между телами А и В есть 100 илм 1000'. В паровой машине, работающей при давлении в 6 аж, температура нотла 160'. зто есть тело А; опо поддерживается солрпкосновеиием с томкой при постоянной температуре в 160 и непрерывно цообщаст тепле, необходимое для парообразозання. Холодильник является телом В; он поддерживается истоком холодной воды при, приблизительно, постоянной температуре в 4Ф; он все время поглощает теплород, приносимый ему паром от тела А.
54 сади карно Ревность температур между этими двумя телами есть 160 — 40, влп 120; вот почему мы говорим, что падение теплорода здесь равно 120'. Так как уголь способен сгоранием развить температуру, превышающую 1000', а вода, которой мы располагаем обычно в нашем климате, имеет около 10', то легко можно получить падение теплорода в 1000',— надеин, из которого только 120' исполззовывзются паровыми машинами. Кроме того, эти 120' утилизнруются не целиком. Всегда есть значительные потери, происходящие от бесполезного восстановления равновесия теплорода. Теперь легко заметить, каковы причины преимущества машин высокого давления над машинами более низкого давления: ето преимум(ли(сошло, очггмдно, лезюмпь в возможнопам мсиользогакьь ббльюег падгнкя пыплорода.
Пар, образуясь при более сильном давлении, находится при более высокой температуре, и так как температура холодильника остается всегда приблизительно одной и той же, то, очевидно, падение теплорода становится болыие. Но для получения от машины высокого давления действительно выгодных результатов надо, чтобы падение теплорода использовалось в ней наилучшим способом. Недостаточно пару образоваться при высокой температуре: нужно, чтобы, благодаря увеличению своего обьема, он охладился до достаточно низкой температуры. Отличительным признаком хорошей паровой машиныявляется не только употребление пара высокого давления, но мспользованме его давления, зюнлюм(егоав м непрерывно убыгаюм)его е весьма евмроммх пределах *.
е Этот принцип, настоящая основа паровых машин, был развит с болыпой ясностью Клеманом в мемуаре, представленном Академии наук несколько лег назад. Этот мемуар никогда не был опубликован, но, благодаря любеавости, автера, я познакомился с ним. В вем принцип не только установлен, но и приложен к разным системам паровых машин, обычно находящихся в употреблении; двшкущая сила каждой определена по закону, наложенному на стр.
41, и сравнена с результатами опытов. Принцип, о котором адесь идет речь, настолько мало швестен и мало оценен, что недавно Перкинс (Рег)ппв), иэвестный механик в Лондоне, построил машину, где пар, обраэуясь при давлении в 35 юп, давлении, до сих пор не применявшемся, не испытывает никакого увеличения объема, как в атом легко убедиться при самом поверхностном анакомстэе с этой машиной. Она состоит иэ одного, весьма небольшого, цилиндра, который прн каждом движении целиком заполняется паром нри давлении в 35 еж. Пар не прэиаводит действия расширением, так как ему не предоставляется простран.
ства, где бы ов мог это сделать; его тотчас кондеисируют по вьгходе на пилиндра. Он работает только врн одном давлении в 55 ет, а не при непрерывно убывающек, как это требует его правильное употребление. Машина Перкинса ве оправдала первоначально вогложеввых на нее наденщ. Думали, что экономия 9 угля, достигаемая этой машанов, будет — по отношению к хорошим машинам. 1о Уатта и в ней находили еще другие преимущества (еАппа!ее бе рьуемипе ег бе сЫш)еэ, апрель 1823, стр. 429). Этв предположения не подтвердились.
Йесмотря на это машина Перкинса есть ценное иэобретение: она покаеала воэможность употреблять пар эвачвтельво более высокого давления, чем это делалось до свх пор; при соответственных иэменениях она может привести к действительно полеавым реэультатам. Уатт, которому принадлежат почти все эначвтелъные улучшения паровых машин и который довел эти машины до совершенства, в настоящее время трудно Рачмышления 0 движущий силн Огня Чтобы как-нибудь почувствовать а розгепог[ преимуществомашин высокого давления, заставим пар, образованный при атмосферном давлении, входить в цилиндрический сосуд адсд (рис. 5) под поршень са, соприкасавшийся первоначально с дном ад; пар, подняв поршень от аЬ до а$, будет далее выполнять свои действия каким-либо образом, нам неинтересным.
Заставим поршень, поднявшийся до ш[, опуститься до е1. не позволяя пару ни выйти, нн потерять теплород. Пар будет загнан в пространство аЬ61 и одновременно повысит, плотность, упругую силу н температуру. Если бы пар образовался не при атмосферном давлении, а прн тех условиях, при которых он находится, будучи сжат до объема аЬв1, то он, продвинув нрн вхождении поршень от аЬ до е1, продвинул бы его еще от в1 до 641 единственно своим расширением, и движущая сила была бы больше, чем в первом случае.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
