Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики (1185114), страница 42

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 42)

1, р. 156 — 164], опублико- 188 ванной в 1840 г. Произведя соответствующий расчет с использованием цикла Карно, Дж. Томсон нашел, что увеличение давления на одну атмосферу вызывает понижение точки замерзания воды на 0,0135'Р (или 0,0075'С). Таким образом, фактически Дж. Томсон впервые применил намеченный Клапейроном метод термодинамического анализа фазовых превращений к процессу плавления.

Как было позже показано, выводы Дж. Томсона непосредственно следовали нз уравнения Клапейрона в Клаузиуса. В 1850 г. Клаузиус в одной из своих первых работ по термодинамике указал, что он полностью согласен с выводами братьев Томсон, поскольку теория Карно, так, как он ее понимает, неизбежно приводит к зависимости точки замерзания и плавления от величины. давления. Итак, мы видим, что уже на ранней ступени развития термодинамики в процессе поиска путей согласования теории Карно с принципом эквивалентности теплоты и работы были получены результаты, определенно говорившие о том, что намеченный Карно метод циклов содержит весьма плодотворный элемент, который может быть использован для дальнейших исследований.

8 16. Принцип эквивалентности и теория Карно Принцип эквивалентности н развитие теории Карно в работе Клаузиуса «О движущей силе теплоты» Работа Клаузнуса «О движущей силе теплоты и о законах, которые можно отсюда получить для теории теплоты» опубликована в 1850 г. Это, по сути дела, первый термодинамический труд в современном смысле слова. Полученные здесь Клаузиусом результаты Клауэиус Рудольф Юли Эммануил (1822 — 1888) Вмдаюшнйся немецкий физик Родился в г. Кеслине (Померания).

С'1850 г. преподаватель физики в Артиллерийской школе. В 1855 г. получил кафедру сначала в Цюрихском политехникуме, а затем в Университете. С 1867 г. профессор Вюрцбургского, а с 1869 г. Берлинского университетов. С 1869 г. и по день смерти — профессор университета в Бонне. Клаузиус является основоположником термодинамики как науки. Его заслуги в этой области столь велики, что их невозможно перечислить в краткой биографической заметке 159 послужили основой дальнейших исследований и позже вошли в учебники термодинамики. Этот труд возник в результате доклада в феврале !850 г.

Клаузиусом Берлинской Академии наук итогов своей научной деятельности по согласованию принципа Карно с принципом эквивалентности теплоты и работы. Много лет спустя Клаузиус писал по поводу этих своих исследований: «В этом сочинении я исследовал, не ожидая предварительных экспериментов, те трудности, укаэанные В. Томсоном, которые возникают при согласовании идеи Карно с новой теорией тепла,. Я указал там, каким образом необходимо изменить фундаментальные понятия и все математическое обоснование теории тепла, если принять положение об эквивалентности тепла и работы, а также показал, что теорию Карно не следует целиком отбрасывать, а что ее можно обосновать на иного рода положении, которое допускает объединение основного положения Карно с положением об эквивалентности тепла и работы. Все это позволяло построить основы новой теории, которую я развил специально для идеальных газов и насыщенных паров и получил ряд уравнений, имеющих общее значение» [76, Вб.

1, 6. 51. Клаузиус отмечает, что, хотя паровая машина давно изобретена и получение механической работы за счет теплоты — факт достаточно очевидный, тем не менее теоретическое обоснование всех этих вопросов, по существу, еще только начинается.

Глубокое проникновение в существо проблем неизбежно должно привести к правильным заключениям относительно природы теплоты и ее законов. Переходя к теории Карно, в частности рассматривая его положение об условии получения работы за счет теплоты, Клаузиус обращает внимание на ту часть этого положения, в которой говорится, что при превращении теплоты в работу ее количество остается неизменным. «Я не знаю,— говорит оп по этому поводу,— были ли когда-нибудь поставлены опыты с целью доказать это положение; скорее, напротив, с ббльшим правом можно утверждать, что опыты подтверждают потерю теплоты при ее превращении в работу.

Если принять точку зрения на теплоту как на вещество, количество которого не уменьшается, то необходимо также принять и то, что оно не может и увеличиваться. Однако последнее неверно. Как, например, представить себе ногревание при трении без представления об увеличении количества теплоты и убедительные опыты Джоуля, в которых механическая работа различными снособпми превращается в теплоту и нагревание было пропорционально затраченной работе... В последнее время получены известные факты, показывающие, что теплота не является веществом, а состоит в движении мельчайших частичек телаэ [77, И 99, 6. 61.

На основании этого Клаузиус считает: «...тогда открывается возможность применить к теплоте общие теоремы механики, а потерю теплоты трактовать как потерю живой силы частичек; в свою очередь, эта потеря должна быль пропорциональна произведенной работе» [77, № 99, 6. 6[. Ко времени написания рассматриваемой работы Клаузиус познакомился с сочинением В.

Томсона <Доклад о теории Карно», в 760 которой, как мы помним, английский физик утверждал, что новую теорию теплоты нельзя основывать на идеях Карно, поскольку в этом случае «мы столкнемся с бесчисленными другими трудностями, которые нельзя будет преодолеть без далеко идущих экспери»~ентальных исследований и беэ полной перестройки основ теории теплоты». По мнению Клаузиуса, Томсон преувеличивает возникающие здесь трудности, которые можно преодолеть, признав теплоту как род движения: «Не следует отбрасывать целиком всю теорию Карно, так как тогда возникнет гораздо больше трудностей.

При ближайшем рассмотрении оказывается, что следует отбросить только вторую часть принципа Карно, а именно утверждение, что теплота не теряется, заменив его утверждением, что на производство работы затрачивается определенное количество теплоты, в то время как другое ее количество должно перейти от тела более нагретого к телу холодному и оба количества теплоты должны находиться в определенном отношении к произведенной работе» 177, № 99, 5 8]. Первая часть сочинения Клаузиуса называется «Следствия из основного положения об эквивалентности теплоты и работы». В основу рассмотрения в этой части вопросов он кладет принцип эквивалентности, сформулировав его в следующем виде: «Во всех случаях, когда с помощью теплоты получается работа, то произведенная работа пропорциональна затраченному количеству теплоты; обратно: затратив такую же работу, получим пропорциональное количество теплоты» [77, № 99, 5. 71.

Из принципа эквивалентности прежде всего следует существование характерной физической величины, которую Клаузиус назвал «полной теплотой тела» 1ч1езапипМагше бег Когрег). Этим термином он обозначает «сумму свободной и скрытой теплоты». «Полное количество теплотгя» зависит только от данного состояния и определяется заданием температуры тела, его плотности ит.п. Надо сказать, что терминология Клаузиуса породила известную путаницу и смешение понятий.

Прежде всего отметим, что понятие «полного количества теплоты» в теории Карно имело смысл величины, не зависящей от пути перехода: действительно, если система после возвращения в исходное состояние (проделав круговой процесс) обладала тем свойством, что сумма количеств теплоты, полученных в течение процесса, равнялась сумме количеств теплоты, отданных системой, то работа против внешних сил, совершенная системой, никакого значения при этом не имела. Следовательно, здесь «полное количество теплоты» выступает как функция состояния системы. С другой стороны, аналогичный термин Клаузиус применяет к величине, которая, как он и сам показывает, не является функцией состояния. Поэтому физический смысл понятия «полного количества теплоты» у Клаузиуса иной.

Планк по этому поводу заметил: «К сожалению, обозначение Клаузиуса »полная теплота» дало повод к недоразумению, поскольку другие физики придали зто название другой вели- 11 я м. Гельфеь 161 чине, которая на самом деле зависит только от мгновенного состояния» [45, с. 1З4). Те физики, о которых говорил Планк, понимали под «полным количеством теплоты» просто количество теплоты Я. Позже сам Клаузиус предложил обозначать эту величину через У.

Физи. ческий смысл У станет ясным, если под «Пезаппп[чиаппе» понимать алгебраическую сумму количеств теплоты, полученной системой от внешнего источника и отданной системой в виде механической работы против внешних сил. Именно такой смысл был вложен в понятие Клаузиуса В. Томсоном, который предложил называть У внутренней энергией системы.

Характеристики

Список файлов книги