Второе начало термодинамики Сади Карно, В.Томпсон, Р. Клаузиус, Д. Больцман, М. Смолуховский (1013602), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Работа измеряется введенной прежде механической единицей, килограммометром. Длл измерения теплоты применяется единица, выбранная, на основании соображений, связанных с удобством, измерений,а именно„ кв колкчгоимо тгнлокнк, когкофое необходимо дда того, якобы коднлгкь гкгмкеракфрк 1 кг воды с О до 1' ]г] . Отсюда ясно, что между теплотой и работой моЖет иметь место только отношение пропорциональйости; коэфнциент пропорциональности должен быть определей особо. Если этот коэфнциент выбран так, что он дает ту работу, которам соответствует единице количества тейлоты, то его называют,гнхгничгсккм гквкгалгнгком тгклоию; если же, наоборот, его .зыби]]шот так, что он дает, то количество теплоты, 'которое соответствует одной единице работы, то он называется кмрмикесккм гкгигалекком рабогкы.
Иеханический эквивалент теплоты мы будем обозначать через Е, и, в соответствйи с этим, термический эквивалент работы чемез 1/Е. Определение нашего коэфнцнента может быть выполнено различным образом. Некоторые исследователи пытались оцределить его путем вывода нз имевшихся уже данных. Первым по этому пути пошел Иайер, который пользовался построенным на правильных принципах методом, о котором у нас еще будет речь ниже. Этот путь приводил к не вполне точным результатам, ибо данные, из которых приходилось исходить, страдали некоторым несовершенством. Другие исследоватпхи пытались добиться поставленной цели с помощью специально для выяснения. этого вопроса придуманных экспериментов. Прежде всего, здесь надо указать на заслуги превосходного английского физика Джоуля, которйй установил интересующую нас зависимость с большой осторожностью и тщательностью.
Излогкение некоторых из его попыток, а также более поздних работ других исследователей букет более на месте после соответствующих частей теории; поэтому я огравичусь здесь тем, что приведу лишь те опыты Джоуля, которые легче всего поддаются пониманию и в то же время привели к наиболее достоверным результатам. Джоуль измерял при различных обстоятельствах теплоту, выделяющуюся при трении, и сравнивал ее с. затраченной на создание трения работой, которая производилась опускающимися вниз, грузами. Ввиду их важности эти опыты уже часто описывались в..различных руководствах, а недавно мемуары Джоуля появились в немецком переводе Шпенгеля.
Поэтому нет нужды давать описание этих опытов также и здесь, но достаточно будет привести результаты, что лучше всего можно сделать, следуя мемуару, опубликованному в Р]п1озор]пса! ТгапзасПопз в 1850 г. В первом, весьма многочисленном, ряде опытов вода, налитая в сосуд, приводилась в движение с помощью вращающегося аппарата; снабженного лопастями. Аппарат был устроен таким образом, что не вся Масса воды могла притти в состояние равномерного вращения. Приведеннал в движение вода задерживалась затем неподвижными щитамн,.чем вызывалось появление большого числа вихрей, мехАничеОИАЕ теОРия теплА производивших эначительное трение. Выраженный в английских мерах результат этих опытов таков: для создания количества тепла, необходимого на поднятие температуры 1 англ.
фунта воды на 1'Ф, нужно затратить работу, равную 772,695 англ. футо-фунтов. В двух других рядах опытов в движение приводилась ртуть, н в результате было получено 774,083 англ. футо-фунтов Наконец, еще в двух рядах опытов рассматривалось трение друг о друга кусков чугуна, погруженных в ртуть, которой они отдавали еыделепную ..теплоту. Результат был 774,937 англ. фута-фунтов. Из всех реэультатов, полученных им, Джоуль рассматривал как наиболее точный — результат, полученный прн опытах с водой. Так как при приведении в движение воды производится эвук, то Джоуль полйгал, что этот результат нулсно немного уменьшить. Руководствуясь етний сообрэжениямк, он пришел к эаключению, что наиболее ввроягнйм эначением будет 772 англ. фута-фунта.
Если выразить 'э'гу величину во французских мерах, то мы получим следующий реаультат: Для выделения количества теила, нужного длл нсднлтил тбмнературы одного килограмма воды на один градус ио Цельсию, истребив работа в 423,55 иилсграммометрсв. Это число, из всех поныне полученных, заслуживает наиболыието доверия; во всем дальнейшем мы именно это число будем считать' механическим эквивалентом теплоты, а именно [г]: Л = 423,55, Во многих расчетах можно это число округлить и считягь В = 424.
3 5. Механпческля еднницл теплоты С установлением принципа эквивалентности тепла и работы, в оилу которого эти две величины могут замещать друг друга, появляется часто необходимость создавать такие величины, в которые теплота и работа входят в качестве слагаемых. Но так как теплота и работа измеряются различными мерами, то в таких случаях нельэя просто сказать, что подобная величина является суммой теплоты и работы, но нужно сказать: . Сумма 'аеплсты и выраженной в единицах иыилсти работы, или же, сумма работы и выраженной в единицах работы тенлсты.
Чтобы устранить это неудобство, Ранкин нредложпл ввести -для измерения теплоты другую единицу, а именно то колнчестйо теплоты,- которое соответствует единице 'работы. Эту тепловую единицу можно просто назвать механической. Всеобщему распространению механической единицы теплбты можст помешать то обстОятельство, что употреблявшаяся до сих пор единица теплоты представляет величину, которая тесно связана, с обычными калориметрическнми методами. Методы эти покоятся . па преимуществу на нагревании воды,и.при этом приходится вводить лишь небольшие, опирающиеся на вполне достоверные измерения,' поправки.
Между тем пользование механическрй одипнцей,теплоты, Р. К 'АУЗНУС гребуя также этих поправок, предполагает еще знание механического эквивалента теплоты, а-знание это является лишь приблизительным. Однако в теоретических исследованиях в области механической тйории теплоты, в которых зависимость мемс1у работой и теплотоЬ понвляется особенно часто, метод измерения"теплоты в механических единицах приводит к таким существенным упрощениям, что в настоящем более связном изложении этой теории мне казалось возможным отка-заться от сомнениИ, которые во мне раньше вызывал указанный метод. Поэтому в дальнейшем изложении, если только не оговорено противоположное, мы будем всегда предполагать, что измерение теплоты производится в' механических единицах.
При этом способе измерения' высказанное выше первое нрнзло механической теории тепла принимает еще более- определенную форму, так кяк теперь оно утверждает вместо вроиоркиовальнооти — равенство между теплотой и работой. Если позже понадобится выразить измеренное в механических Рдиницах кояпчеетэО тепла в обычных тепловых единицах, то для этого придется лишь разделить число, относящееся к механическим единицам, на механический эквивалент теплоты, т. е.
на Е. 6. ПНРВОе ОснОВнОе УРАВнение Пусть будет дано некоторое тело, состояние которого в отношении температуры, объема и т. д. предполагается извеетным. Если сообщить этому телу бесконечно малое количество тепла Щ то спрашивается, какое действие оно произведет и что из него получится. Это сообщенное телу' количество теплоты может частью пойти иа то, чтобы увеличить уже имеющуюся в теле теплоту, частью же, если тело в результате поглощения теплоты испытывает цзменение состояния, связанное с преодолением сил, ~превратиться в соверп1аЮщуюся при эуом работу.
Если мы обозначим заключающуюся в телц 'теплоту (Жагше1Н1гаЕ) через Н, а бесконечное кадое приращение этой величины через йН, и для бесконечно малой работы выберем знак дЬ, то мы сможем составить следующее.равенство:: ИЯ = йН+ ЮА,. % 1.'алы, которые учавствуют в совершении работыз можно разделить на два класса: во-первых, на те, с которыми атомы тела дсейсвуют друг на друга и которые поэтому коренятся в природе самого тела н, во-вторык, на те, которые проистекают от посторонних воздействий которые испытывает тело, В соответствии с этими двумя классами сйл я р юделил всю созер~насмую теплотой работу' на внутреннюю и Онеги.оов работу.
Если мы обозначим эти велиЧйиы соответственно через 47 и Ф1', гр долл|пи будем положить: ИЬ И +дР', Д н предыдущее равенство перейдет поэтому а. ма = ан+ а3+дх мкхьвичвскья тиогия 3 нилл З 7. Рьзличнля голь вкличин 7, И' и Н Внутренняя и внешняя работа подчиняются существенно различным законам. Что касается внутренней работы, то легко видеть, что если какое- нибудь тело проходит, исходя из цакого-нибудь начального состояния, через ряд изменений, а затем; в конце-концов, вновь возвра-.
щается к исходному состоянию, то получающиеся приэтомвеличины внутренней работы взаимно уничтожаются. Действитедьно,. если бы при этом получалась в остатке некоторая положительная или отрицательная работа, то эта остаточная внутренняя работа должна была бы йызвать противоположную по знаку внешнюю работу или измене'- ние имеющегося в наличии количества тепла. 'Рак как, далее, этот процесс можно было бы повторить любое число раз, то мо)кно было бы, в зависимости от знака, в одном слунае непрерывно создаватьработу нли теплоту нз ничего, а в другом — непрерывно терять работу илп теплоту, не получая взамен никакого эквивалента.
Но невозможность как того, так и другого является общепризнанной. Если, таким образом, с возвращением тела к его исходному состоянию 'внутренняя работа оказывается равной нулю, то отсюда, далее, следует, что прц любом изменении соетояния тела внутренняя работа полностью определяется начальным и конечным состояниями тела, причем нет никакой нужды знать,.каким именно образом тело перешло от начального состояния к конечному.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
