Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики (1185114), страница 56
Текст из файла (страница 56)
На этом пути и была развита аксиоматика термодинамики. Принимая аксиоматическое направление в термодинамике как естественный результат ее внутреннего логического развития, не следует при этом забывать слова М. Бориа: «Неизбежна критика классических доказательств, но зго не означает принижения великолепных достижений мастеров науки, чья интуиция вывела нас на верный путь; нужно только отмести в сторону мусор, который не отваживалась удалить чересчур почтительная традиционность» [49, с. 228]. Современное развитие аксиоматики термодинамики в первую очередь связано с трудами Н.
Н. Шиллера, Т. А. АфанасьевойЭренфест и К. Каратеодори. Исследования Н. Н. Шиллера по основам термодинамики Шиллер является пионером в деле аксиоматического обоснования второго начала. В многочисленных своих работах начиная с 1887 г. он проводит логический анализ основных понятий термодинамики и второго начала. В этом отношении он продолжил и привел в стройную систему взглядов идеи, намеченные впервые в «Термостатике» Окатова.
Уже в первой из работ «Температура и ее измерение» (1887) Шиллер говорит о необходимости более четкого логического обоснования понятия температуры, которое является важнейшим понятием всего учения о теплоте. Однако только в 1898 г. он обстоятельно рассмотрел этот вопрос в связи с новым подходом к обоснованию второго начала в работе «О втором законе термодинамики и об одной новой его формулировке» 142]. Рассмотрим содержание этой работы. Анализируя здесь классические формули- Шиллер Николай Николаевич (1848 †!О) Русский физик. Образование получил в Московском университете, который окончил в 1868 гл был оставлен для работы в физической лаборатории.
С 1871 г. работает в Берлине у Гельмгольца. С 1876 г. профессор Киевского университета, с 1903 г. ректор Харьковского технологического института. В истории термодинамики остался как один из основоположников аксиоматического мето- да обоснования второго начала. 14 Я. м. Гепьфео 209 ровки второго начала, Шиллер приходит к выводу, что вопрос о том, которая из двух формулировок — Клаузиуса или Томсона — предпочтительнее, решается в зависимости от того, какие из фактов, лежащих в основе этих формулировок, можно принять за наиболее очевидные. Важным является отыскание такой совокупности опытных фактов, которые привели бы к новой формулировке второго начала, причем следствия из нее должны были приводить к тем же следствиям, что и обычные классические формулировки.
В качестве такой новой формулировки Шиллер предлагает следующую: «для данного тела нельзя подобрать такого адиабатного кругового процесса изменения параметров, независимых от температурьи при помощи которого достигалось бы непрерывное возвышение или понижение температуры тела. Или еще иначе: при всяком обратимом адиабатном изменении тела, характеризуемого с помощью и независимых друг от друга параметров, любой из вышеупомянутых параметров возвращается к своему первоначальному значению, коль скоро остальные и — 1 параметров возвращаются к своим» [42, с, 81.
Шиллер показывает, что данная им формулировка второго начала приводит к тем же следствиям, что и классические формулировки. Он сводит основное содержание второго начала к утверждению о существовании интегрирующего делителя для бЯ. Это обстоятельство он подчеркивает еще раз: сформулировка второго закона требует, чтобы при любом адиабатном процессе, при котором параметры состояния возвращаются к своим первоначальным значениям, температу ра также приводилась к своей первоначальной величине.
Это требование выполняется прежде всего тогда, когда приращение температуры не будет зависеть от промежуточных значений параметров состояния, т. е. прежде всего когда любая из температур адиабатного процесса определится только в функции соответствующих параметров... А это обстоятельство, очевидно, соответствует тому условию, чтобы уравнение бО=О имело интегралз [42, с.
81. В следующем, !899 г. Шиллер публикует работу «Происхождение и развитие понятий о температуре и тепле» [42, 18991, в которой продолжает свой логический анализ основных понятий термодинамики: температуры, количества теплоты и энтропии, а также второго начала. В работе «Опытные данные и определения, лежащие в основании второго закона термодинамики», написанной в 1900 г., Шиллер доказывает существование энтропии на более общей основе: он показал здесь, что опытные данные, определяющие условия изменения температуры тела, а также отдачу и получение тепла, приводят к данной формулировке второго начала. Таким образом, и в этом случае второе начало может быть получено независимо от принципа эквивалентности теплоты и работы.
Шиллер показывает, что элемент количества теплоты может быть представлен в форме с[(1 = Хбх+т"бу, где Х=Х(х, у) и )г-1'(х, у), причем х=х(а„а„а„..., а,), у=у(а„+„, апэ„..., ан+„). 210 В декабре 1901 г. в Петербурге состоялся Х1 съезд русских естествоиспытателей и врачей, на котором Шиллер выступил с большим итоговым докладом на тему «Основные законы термодинамики»а'. Здесь он отстаивал ту точку зрения, что традиционное изложение второго начала в духе Клаузиуса — Томсона должно уступить место новому изложению, основанному на глубоком логическом анализе основных понятий термодинамики: «В историческом ходе развития термодинамики, — говорил и своем докладе Шиллер, — на первый план выдвигалась та сторона второго закона, коею этот последний входит в соприкосновение с первым законом в вопросе об условиях превращения тепла в работу.
Поэта*>у и форл>улировка второго закона исторически сложилась в такой форме, которая включает в себя понятие о превращении тепла в работу как необходимое данное, устанавливаемое первым законом, без которого невозможно выражение второго закона.,» «Однако,— говорил он далее,— понятие об энтропии может быть установлено независимо от понятия о тепле, а следовательно, и от превращения тепла в работу, и существенное значение первого закона термодинамики лежит в тождественности термических и механических процессов, чего можно достичь без введения вспомогательного понятия о количестве тепла». В духе рассмотренных идей излагает Шиллер второе начало термодинамики в своем курсе лекций, который он читал студентам Харьковского технологического института в 1904/05 учебном году'э.
Шиллер одним из первых отошел от традиционного изложения второго начала в духе Клаузиуса. Круг вопросов, связанных с этим законом, излагается нм последовательно в аксиоматической форме. Второе начало Шиллер определяет как утверждение о том, что «количество тепла пропорционально приращени>о некоторой функции, которая остается постоянной при адиабатном процессе и назь>вается энтропией». Основную задачу термодинамики он видит в том, чтобы «объяснить тепловые явления механическими терминами»". Таким образом, традиционное определение термодинамики уступает место определению более широкому.
По сути дела, Шиллер был первым физиком, кто систематически развил логическую сторону основных понятий и законов термодинамики. Последняя работа Шиллера, посвященная анализу второго началаээ, была им закончена незадолго до смерти в 1910 г. В этой работе он показал, что наряду с классической формулировкой второго закона в духе Клаузнуса н В. Томсона возможны многие другие эквивалентные формулировки. Одной из важнейших и общих Шиллер считал утверждение о существовании у дЯ интегрирующего делителя.
Это утверждение он развивал и пришел к мысли о том, что при обратимых круговых процессах, проте- гг Смл Ш н л л е р Н. Н. Основные законы термодинамики. Киев, 1902, Огд. оттиск. 'э Смл Шиллер Н. Н. Конспект по термодинамике. Литографированное издание. Харьков, 1905, с. 44. " Там же.
м Смл Шиллер Н. Н. Замечания о втором законе термодинамики. М., 1910. Отд. оттиск. 14» 21! кающих адиабатически, невозможно произвольное понижение или повышение температуры тела. Отсюда уже недалеко и до принципа адиабатической недостижимости Каратеодори, сформулированного в 1909 г. Шиллер был оригинальным, самобытным русским физиком.
Он раньше общепризнанных основоположников аксиоматического направления проник глубоко в структуру термодинамических понятий и законов. Современные ему физики, однако, не увидели за абстрактными рассуждениями ничего интересного и важного для науки и не оценили нх по достоинству. Поэтому идеи Шиллера не получили распространения и многие годы аксиоматическое обоснование термодинамики связывали с именем К. Каратеодори. Впервые дала им заслуженную оценку в истории термодинамики Т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
