Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики (1185114), страница 53
Текст из файла (страница 53)
Клаузиуса, на основании которых как он сам, так и другие физики уверенно получали фундаментальные резульгагьч являются не более чем испорченным орехом, внешне хороши,ч, но гнилым внутри> [70, Вб. 1, 5. 456). На это Клаузиус отвечает (и без труда доказывает свое утверждение): «...при ближайшем рассмотрении выдвинутого против моего математического обоснования второго начала Г. Дгхеро,и возражения становится ясно,. что мои уравнения ил! не были поняты» [70, Вг[.
1, Б. 460) . Одним из наиболее последовательных противников Клаузиуса был Г. Гири, который пытался опровергнуть как феноменологические, так и молекулярно-кинетические концепции Клаузиуса. В частности, он пытался опровергнуть и тепловую аксиому Клаузиуса. В сочинении «Аналитическое и экспериментальное изложение механической теории теплоты»" он описывает конструкцию '4 Помимо оригинальной работы Ранкина, ссылка иа которую приведена выше, изложение его теории и ответ Клаузиуса можно прочесть в кн: Р юльм а н.
Напбьись бег гаесЬап!асье Ччагше!Ьеог!е, Вб 1, 5. 250. " Смл Н ! г п С«. Ехроащоп апа!у!!Чпе е! ехрег!гпеп!а!е бе 1а сьа1еиг, 1. П, Р 16!. 197 придуманной им оригинальной термодинамической машины, работа которой якобы противоречит тепловой аксиоме, так как в ней рабочий процесс осуществляется таким образом, что теплота переходит от холодного тела к горячему без всякой компенсации. Схема этой машины приведена на рнс.
22. Два сообщающихся между собой цилиндра А и В соединены узкой трубкой Р. В каждом из цилиндров движется поршень. Оба поршня соединены между собой зубчатым колесом, так что при его вращении в направлении стрелки поршень в цилиндре А опускается, а в цилиндре  — поднимается; суммарный объем пространства под поршнями остается неизменным. Допустим теперь, что оба цилиндра и поршни сделаны из адиабатического материала, а в цилиндре А под поршнем заключен воздух прн температуре 0 'С.
Пусть первоначальное положение поршней таково, что в цилиндре А он поднят на максимальную высоту, в то время как в цилиндре В он находится у его основания. Предположим, что трубка, соединяющая цилиндры, поддерживается при температуре Гбо 'С. Если теперь зубчатое колесо будет приведе- но во вращение, то это вращение не будет свяРнс.
22. Машина Гарна вано с совершением работы, поскольку суммарный объем, занимаемый воздухом под поршнями, останется неизменным. С другой стороны, при опускании поршня в цилиндре А воздух из него перейдет в цилиндр В, попутно нагреваясь до 100 'С от соединяющей цилиндры трубки. Кроме того, по мере проникновения воздуха из цилиндра А в цилиндр В имеющийся в последнем воздух будет снижаться и, следовательно, нагреваться до температуры выше 100'С.
В результате температура газа, после того как положение поршней в цилиндрах изменится на противоположное, в среднем будет выше 100'С (по данным Гирна, 120'С). (Мы говорим в среднем, поскольку температура воздуха в цилиндре В не будет всюду одинаковая: верхние слои воздуха нагреваются сильнее, чем нижние.) Гири приходит к выводу, что в описанной машине «мы имеем процесс, при котором работа внешник сил равна нулю, а между тем тело с температурой в 100' нагревает другое тело с температурой 0 до !20'. Следовательно, мы имеем переход тепла без всякой компенсации в форме ли работы, или в виде изменения первоначального состояния газовые.
Возражение Гирна Клаузиус рассмотрел в небольшом сочинении «Об одном основном положении механической теории тепла» [69, Ь. 297 — 32!] (!863) сразу же после знакомства с книгой Гир- 198 " Н1тп б. Ехроа!!!оп апа!у1!Чпе е1 ехрет!шеп1а!е йе 1а сьа1ент, 1. И, р. 32!. на, первое издание которой вышло в 1862 г. В своем сочинении Клаузиус указывает; «Второе начало механической теории тепло и все, что с ним связано, гораздо труднее для понимания, чем первое начало. Способ, которььч Гиря пытался доказать его несостоятельность, подтверждает зто мнение» [69, 5. 320 †3.
Анализируя работу машины Гирна, Клаузиус указывает, что в своем рассуждении Гири «упустил» элементарную деталь: воздух, который нагревается в машине, выполняет двоякую функцию: нагреваясь сам, он нагревает заключенный в цилиндре А воздух при более низкой температуре, так что здесь возникает тепловой поток в обратном направлении, который в данном случае и будет являться компенсацией за повышение температуры воздуха в цилиндре В выше температуры горячего тела: «В самом деле,— говорит Кяаузвус,— мы имеем здесь восходящий переход теплоты, но не без всякой компенсации, тан как источник тепла в 100'С нагревает не только гоз в канале и в цилиндре В, но и гоз в цилиндре А с температурой 0 'С.
Следовательно, мы имеем в действительности кроме восходящего потока теплотьь еще переход и нисходящий, и зто последнее обстоятельство служит вознаграждением за переход восходящий» [70, Вб. 1, 5. 378). Гири согласился с доводами Клаузиуса. В 1878 г. Т. Престон выдвинул новое возражение против аксиомы Клаузиуса, основанное на анализе явления диффузиит'. В основу рассуждений Престон положил идею о существовании полупроницаемых перегородок,,впервые высказанную немецким ботаником В.
Пфефферомта. В своих исследованиях, проводившихся во второй половине Х1Х в., он для обозначения свойств перегородки пользуется представлением о «полупроницаемой мембране», способной пропускать растворитель и не пропускать растворенное вещество. Это понятие в дальнейшем оказалось весьма плодотворным и высоко оценивалось исследователями. Возражение Престона сводилось к следующему: пусть имеется цилиндр, в котором может перемещаться поршень, изготовленный из пористого вещества, например глины. Пусть в объемах А и В находятся соответственно кислород и водород.
Через полупроницаемый поршень водород будет диффундировать быстрее, чем кислород, что приведет к самопроизвольному возникновению разности давлений и температур. При перемещении поршня будет произведена работа без соответствующей компенсации, что противоречит утверждению Клаузиуса. В ответ на это возражение Клаузиус указал, что компенсацией возникновения разности температур (из-за убывания энтропии в системе) будет возрастание энтропии вследствие смешения газов "Ри их диффузии [70, Вг). 1, 8. 878].
Соответствующего расчета Клаузиус не произвел, Престон его ответом не был удовлетворен и настаивал на том, что явление диффузии противоречит второму 'г Сил !Ча!иге, 1878, ч, ХИ!, р. 202. "Сы:, Р1е11ег й!. Озгпо!!зспе 1!Ыегзисиипдеп, йе!рг!8, !874. 199 началу. Дискуссия по этому вопросу продолжалась, в нее включились многие физики того времени, в частности Больцман и Рэлей, рассмотревшие независимо друг от друга вопрос о вычислении работы разделения смеси различных газов. В !878 г. Больцман опубликовал статью «Об отношении явления диффузии ко второму началу механической теории теплоты», в которой получил для этой работы выражение А = р ((г, 1п ' — '+1',1и — '-а), которое при )г,=1/а=1' переходит в А=2рк'!п2.
Больцман, видимо, не знал, что еше в 1875 г. Рэлей опубликовал большой труд «О работе, полученной посредством смешения Т У газов» ", в которой получил практически те же результаты. Здесь же он высказал 48 важную мысль, что с помошью полупроницаемых перегородок можно произвести а! разделение газовой смеси на компоненты. Нернст в своей книге " подробно изло|»|| г жил метод обратимого разделения смеси двух газов на компоненты с помошью й полупроницаемых перегородок. Пусть жмтся цилиндри еский сосуд и два одление смеси газов но вижных поршня (рнс.
23, а). Каждый из Неристу них обладает способностью свободно пропускать один газ и не пропускать второй. Пусть сначала поршни придвинуты вплотную друг к другу. Предположим, что поршень А пропускает только газ, находящийся в объеме 1, а поршень  †толь газ, находящийся в объеме 11, тогда на поршень А будет давить только второй газ, тот, который этот поршень не пропускает, а на поршень В— только первый газ. При обратимом перемещении поршней к краям цилиндра произойдет смешивание газов (рис. 23,б). Если теперь поршни сдвигать, то первый газ будет оказывать сопротивление движению только поршня В, а второй — только движению поршня А. Когда поршни придут в исходное положение, произойдет полное разделение газов: первый газ окажется вновь в объеме 1, а второй— в объеме 11.
Нернст дает высокую оценку термодинамическому анализу процессов с использованием представления о полупроницаемых перегородках «Такого рода перегородки стали в новейшее время могуи4ествгнне!м средством при теоретических и экспериментальных исследованиях», — писал он в своей книге. Аналогичный, но несколько видоизмененный, метод был использован Планком !47, с. 2881 для обоснования теоремы об аддитивности энтропии. Эйнштейн использовал идею о полупроницаемой перегородке " Смл к а у!с | я !г %. РУН!оаорь~са| Манах!пе (4], ч. 49, 1875, м Смл Не р нет В.
Теоретическая химия. Спб., 1904. 200 для обоснования того факта, что именно силы осмотического давления обусловливают выравнивание концентраций при диффузии (62, с. 156) . После краткого отступления, в котором было рассказано о роли полупроницаемых перегородок, в физических исследованиях, вернемся вновь к возражениям против тепловой аксиомы Клаузиуса.
Отметим активное выступление Тэта, который в своих работах доказывал несостоятельность второго начала с различных точек зрения. Более того, Тэт вообще считал, что Клаузиус «причинил вред науке своими понятиями внутренней работы и дисгрега!(ии». Ссылаясь на рассуждение Максвелла о «демонах» (см. дальше), он утверждал, что молекулярные процессы находятся в явном противоречии со вторым началом термодинамики. В своей критике Тэт не ограничивался лишь одними общими рассуждениями. Он пытался доказать, что некоторые явления противоречат тепловой аксиоме Клаузиуса, в частности термоэлектричество.
Термоэлектрические явления вскоре после их открытия привлекли внимание многих физиков, которые видели в них пример непосредственной связи между теплотой и электричеством. Поэтому когда В. Томсон и Клаузиус сформулировали второе начало термодинамики, то уже в первых своих работах они, исходя из допущения, что открытый ими закон имеет весьма общий характер, применили его и к термоэлектричеству. Таким образом, оба основоположника термодинамики явились также и основоположниками термодинамической теории термоэлектричества.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
