Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики (1185114), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Томсон вынужден был пересмотреть свои взгляды. Он окончательно оставляет теорию теплорода и признает принцип эквивалентности как единственную основу для построения современной теории теплоты, Уже во введении В. Томсон категорически заявляет о несостоятельности теории теплорода: «После опытов Дэви, а в особенности Майера и Джоуля, динамическая (т.
е. л~еханическая) теория теплоты не должна вьоывать никаких сомнений, так как любого из опьпов было бы достаточно для того, чтобы доказать немптериальность теплоты и дать, если нужно, прекрасное подтверждение воззрений Гэмсрри Дэви» (9, с. 161]. Интересно отметить, что, критикуя в своих позднейших работах опыты Румфорда, Томсон высоко ставил опыты Дэви, что видно из приведенных его слов. И в дальнейшем опыты Дэви он никогда не подвергал критике. «Итак,— говорит далее Томсон,— стоя на изложенной выше точке зрения, что теплота представляет собою не вещество, а динамическую форму механического эффекта, мы полагаем, что должна существовать некоторая эквивалентность между механической работой и теплотой, как между причиной и следствиелт» [9, с. !62). 166 Томсон ставит перед собой задачу «...показать, какие изменения следует внести в выводы Карно и других исследователей, пользовавшихся его методом в отношении движущей силы теплоты, если в противоположность основной гипотезе Карно принять за основу динамшческую теоршо теплотьш (9, с.
1631. Так же как и Клаузиус, Томсон считает, что утверждение Карно о том, что тепловая машина может совершать работу только при наличии по крайней мере двух источников теплоты с различными температурами, является основой новой теории теплоты в сочетании с принципом эквивалентности. Поэтому свое положение Томсон формулирует в виде принципа о невозможности такой машины, которая «...путе»«охлаждения моря или земли производила бы .кеханическую работу в любом количестве, вплоть до исчерпания теплоты моря и суши и в конце концов всего материального мира» [9, с. 1661.
На формулировку этого положения Томсона, по-видимому, натолкнуло то обстоятельство, что все окружающие человека тела содержат огромные запасы теплоты, использовать которые человек не в состоянии: «под руками» нет более холодного тела, чтобы создать необходимую разность температур для производства работы. Периодическую тепловую машину, которая могла бы работать только с одним нагревателем без холодильника, В. Оствальд позднее предложил называть «вечным двигателем второго рода». Свое предложение он обосновывал следующим образом: «Если бы энергия теплоты, распространенная везде, могла,. только при содействии постоянной температуры превращаться в другие формы, например в механическую работу, то мы... достигли бы цели — получения работы без затраты энергии, потому что теплота находится везде в неограниченных размерах.
По она есть покоящаяся энергия, недоступная превращениям, а полезна только та энергия, которая может быть превращена в другие формы. Поэтому мы можем назвать всякое устройство, которым существующая покоящаяся энергия приводится в движение ретре1иит слоги!е второго рода, и второй основной принцип ...получает следующую форму: ретре1иит тобйе второго рода невозможен, тогда как первый основной принцип выражал невозможность ретре1иипг тоуг1е первого рода, т. е.
аппарата, творящего энергию» ". Предложение формулировать второе начало термодинамики как «вечный двигатель второго рода невозможен» было высказано Оствальдом в его лекциях по натурфилософии в 190! г. Свою теорию движущей силы теплоты Томсон развивает на двух положениях: !. П оп о ж е ни е Д ж о у л я: «Во всех случаях, когда равные количества механической работы получаются каким бы то ни было способом исключительно за счет теплоты, или бывают израсходованы исключительно на получение тепловых действий, всегда теряются или приобретаются равные количества теплоты». 2.
Положение Карно — Клаузиусз: «Если кокая либо»~ашика Ф "ь * ».л урф~ ь .«б.,)90« .пΠ— 19~. 169 все механические и физические процессы в любой части ее движений превраи4аются в противоположные, то она производит ровно столько механической работы, сколько могла бы произвести за счет заданного количества тепла любая термодинамическая машина с теми же самыми температурами источника тепла и холодильника» [9, с. 164). Последнее положение, как мы видели, Томсон положил в основу своего доказательства невозможности вечного двигателя второго рода. Указывая на связь своего положения с принципом Клаузиуса, В.
Томсон, однако, ие доказывает их эквивалентности. Он только подчеркивает, что они не являются независимыми друг от друга. Позже было показано, что принцип Клаузиуса и положение Карно — Томсона о невозможности регре1пшп пзо)>1)е второго рода полностью эквивалентны, так как могут быть получены один из другого. Это доказательство можно найти в любом курсе термодинамики 4а. Таким образом, мы видим, что Томсон в «Динамической теории теплоты» за два года, прошедшие со времени опубликования «Доклада о теории Карно», ушел далеко вперед как в разработке и физическом осмысливании теоретических основ термодинамики, так и в применении вновь открытых законов к исследованию конкретных физических явлений.
Последнему вопросу он посвятил третью часть «Динамической теории теплоты». Указывая на общность полученных им соотношений, Томсон отмечает, что они применимы к исследованию физических свойств веществ и к самым разнообразным явлениям, сопровождающим превращение теплоты в работу, и наоборот.
Он также указывает, что плодотворность термодинамического исследования свойств вещества обнаружилась уже в первых исследованиях Клаузиуса и Ранкина, которые таким путем нашли важные закономерности в процессах агрегатного превращения вещества. В «Динамической теории теплоты» мы впервые встретились с термином «термодинамика», который, как видно из вышеизложенного, Томсон употреблял в смысле науки о движущей силе теплоты ". Если сопоставить рассмотренные первые основополагающие работы Клаузиуса и В. Томсона, то можно отметить следующее: оба названных физика подошли почти одновременно к вопросу согласования теории Карно о движущей силе теплоты с принципом эквивалентности теплоты и работы с различных точек зрения. Клаузиус положил в основу своей теории экспериментальный факт, известный до него: теплота не может сама собой переходить от тела с высокой температурой к телу, температура которого ниже.
Связав указанный факт с принципом эквивалентности, отбросив ту часть теории Карно, которая непосредственно была связана м Смл Кричевский П. Р. Понятия и методы термодинамики. М., 1962, с. 158 — 163. еь ыррт1 — теплота, жар, бйтар!Ь вЂ” сила. 170 с теорией теплорода, немецкий физик сформулировал два начала механической теории тепла, которые затем и применил к анализу некоторых физических явлений, происходяших в газах и парах.
При этом основную роль играл метод, основанный на применении бесконечно малых квазистатических циклов Карно. В рассматриваемой работе Клаузиуса еще не получила должного развития математическая сторона вопроса, связанная со вторым началом. В. Томсон обосновал свою динамическую теорию тепла принципом эквивалентности, так же как и Клаузиус.
Однако в отличие от последнего вместо «тепловой аксиомы» он исходит непосредственно из принципа Карно об условии получения работы за счет теплоты. Это условие он формулирует как принцип невозможности вечного двигателя второго рода.
Следовательно, и у Томсона в основе лежит опытный факт, теоретически осмысленный поновому после крушения теории теплорода. Надо сказать, что теоретическая (в том числе и математическая) сторона основ термодинамики у Томсона получила большее развитие, чем у Клаузиуса. Может быть, этим объясняется в какой-то мере то, что в последующие годы Томсон больше не возвращался к теоретическим- основам термодинамики (полагая, может быть, что основное здесь им уже выполнено), а занимался главным образом ее приложением к исследованию физических свойств вещества. Клаузиус же, продолжая свои исследования основ термодинамики в течение многих лет, получил выдаюшиеся результаты, которые вскоре во многом перекрыли то, что было сделано в этой части Томсоном. Поэтому дальнейшее развитие теоретических основ термодинамики связано главным образом с именем Клаузиуса.
Таким образом, мы видим, что термодинамика как наука возникла из чисто практической задачи и своей первоначальной целью ставила изучение закономерностей, управляющих взаимо- превращением теплоты и механической работы. В. Томсон и Клаузиус обосновали термодинамику двумя опытными законами (началами), каждый из которых представлял собой итог длительной эволюции взглядов на природу теплоты и теоретического осмысливания многочисленных опытных фактов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
