Кричевский И.Р. Понятия и основы термодинамики (1185131), страница 29

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

Текст из файла (страница 29)

Надо отличать изучаемую (нашу) систему от других систем. Для этого заключим ее в оболочку, физическую в реальных опытах или математическую в мысленных опытах. В опытах Джоуля (глава Ч1) калориметрический сосуд являлся физической оболочкой. Границы системы были проведены по внешней геометрической поверхности сосуда.

Поэтому мате. ы6 риал, из которого был изготовлен калориметрический сосуд, составлял часть системы. При вычислении количества теплоты, отдаваемой системой во второй стадии кругового процесса, тепло- емкость калориметрического сосуда входила в общую теплоемкость системы. При теоретическом обсуждении явления полезно исключить из рассмотрения те свойства оболочки, которые не связаны сушественным образом с явлением. Например, оболочке калориметрнческого сосуда в опытах Джоуля можно приписать исчезающе малую (нулевую) массу и, следовательно, исчезающе малую (нулевую) теплоемкость. ТЕ же свойства можно приписать оболочке стеклянных баллонов в опыте Гей-Люссака (глава 1У). Одновременно можно идеализировать свойства, необходимые для прове.

дения опыта: оболочка совершенно не должна деформироваться; она полностью должна препятствовать обмену теплотой между газом и другими системами. Принцип эквивалентности справедлив, что не раз уже подчеркивалось, для любой системы, совершающей любой процесс с передачей работы и теплоты, лишь бы после окончания процесса состояние системы не изменилось. Уже по одной этой причине вещество в системе должно быть в конце процесса качественно и количественно тем же, что и в начале процесса, Читатели скоро убедятся в том, что последнее требование (его количественная сторона) должно выполняться еще более строго: на любой стадии процесса наша система не должна обмениваться веществом с другими системами. Такая система получила название закрытой.

Система, которая обменивается веществом с другими системами, носит название открытой. Работа и теплота К тому, что было сказано о работе в главе Ъ", можно добавить следующее. Совершать объемную работу — это значит преодолевать давление газа, жидкости, кристалла. Сжимать газ, жидкость, кристалл — это значит совершать работу. Несходные явления — поднятие груза, сжатие газа, передвижение повозки, сжатие пружины — названы одним и тем же словом «работа>. За внешними различиями надо обнаружить общие основные черты, Работа связана с преодолением сопротивления — веса тела, давления газа, трения повозки о землю, упругости пружины. Сопротивление преодолевается при движении — груз поднимается, поршень в воздушном огниве перемещается, повозка передвигается и т.

д. Без преодоления сопротивления при движении нет работы, Работа связана с упорядоченным движением. Весь груз поднимается вверх. Весь поршень перемещается в трубке огнива в одном 'направлении. Вся повозка передвигается по дороге в одном напра. вленни и т. д. Работа — это передача упорядоченного движения от одной еиетемь> к другой ((21, т, П, стр, бб9). Помимо примеров такого 117 движения, приведенных выше, укажем на вращение вала машины, трущегося о нажим Прони (опыт Гирна).

Для работы электрического тока характерно упорядоченное перемещение заряженных частиц одного знака в определенном направлении, накладываемое на их хаотическое движение. Все, вероятно, видели эстафету с палочкой. Палочка в руках передающего ее, палочка в момент передачи из рук в руки и палочка в руках принявшего ее — одна и та же палочка. Было бы грубейшей ошибкой мыслить передачу работы по аналогии с передачей палочки.

Работа в общем случае не является свойством системы (глава Ч), и ее количество не определяется только начальным и конечным состояниями системы. Количество работы зависит и от пути перехода системы из начального состояния в конечное. Суммарное количество работы в круговом процессе не равно в общем случае нулю. Это снова показывает, что работа не принадлежит к свойствам системы. Работа в системе не содержится. Содержится.

в системе движение (энергия, скажем мы несколько позже) в различных его формах. Движение при передаче его от одной системы к другой может стать упорядоченным. Только в момент передачи упорядоченное движение является работой. Надо ясно понять и твердо запомнить положение, иллюстрируемое следующим примером. «Под действием груза на поршень происходит сжатие газа. Мы тогда говорим о переносе движения от груза и поршня к газу. Мы говорим о совершении работы грузом и поршнем над газом.

Мы, однако, не имеем права говорить о возрастании количества работы в газе или уменьшении количества работы в грузе и поршне» [3). Трудность освоения понятия работы состоит в следующем. «Надо понять: работа, совершается ли она системой или над системой, является только исчезающим посредником. Едва возникнув вследствие исчезновения некоторой формы движения, работа снова превращается в движение той же формы, что породило работу, или другой формы. Поэтому не существует резервуаров работы. Существуют резервуары движения» [4). В передаче упорядоченного движения участвует не менее двух систем. Они образуют оба конца передачи. Одну систему мы изучаем.

Мы исследуем, как совершение работы над выбранной (нашей) системой влияет, например, на ее температуру. Вторая си. стема, на другом конце передачи, измеряет количество работы. Больше ничего во второй системе нас не интересует. Название второй системы, в отличие от нашей системы, — источник работы. В качестве источника работы, имея в виду его назначение, целесообразно выбрать консервативную систему. Тогда о количестве работы можно судить по изменению потенциальной энергии источника работы [уравнение (Ч,8)). При этом нет надобности вникать, каким именно образом источник работы совершил это количество ыз работы над нашей системой (или наоборот). Нет необходимости обращаться к уравнению (Ч, 4), Одно упорядоченное движение может полностью превратиться в другое упорядоченное движение.

Поэтому одного-единственного источника работы в принципе достаточно, чтобы измерять количества работы различного рода. Единственным источником работы может быть, например, такая консервативная система, как подвешенный груз. При подъеме груза наша система совершает работу над источником работы; при опускании груза источник работы совершает работу над нашей системой. Количество работы при перемещении груза равно весу груза, умноженному на его перемещение по вертикали [уравнение (Ч, 10)) э. Принципиальная возможность обойтись только одним источником работы не исключает', конечно, использования на практике различных источников работы. Наша система изменяет свой объем при постоянном атмосферном давлении. Тогда в качестве источника работы удобно выбрать саму атмосферу.

Зная постоянное давление атмосферы Р, зная изменение объема нашей системы о'к', можно вычислить количество объемной работы по уравнению (Ч1, 18). Наша система всегда находится внутри оболочки, физической или мысленной. Источник работы всегда находится вне этой оболочки.

Поэтому передача упорядоченного движения всегда должна совершаться через оболочку, через границы нашей системы. Нет передачи упорядоченного движения через границы нашей системы, нет и работы. В опыте Гей-Люссака (глава Ч) нет передачи упорядоченного движения через границы системы. Количество работы в этом опыте равно нулю, Величина гп — количество работы, входящая в термодинамические уравнения, обязательно должна измеряться при только что описанной постановке опыта.

В обоих опытах Джоуля и опыте Гирна (глава Ч!) наша система находилась внутри оболочкй, источник работы — вне оболочки. Передача упорядоченного движения происходила через оболочку. Наша система и источник работы составляли 'концы этой передачи. Источник работы совершил работу над нашей системой. Посмотрим, что изменится, если в первом опыте Джоуля заключить в мысленную оболочку не только сосуд с водой и мешалкой, но и подвешенные грузы.

В физике явлений не изменится ровно ничего: грузы опустятся, температура сосуда, воды и мешалки возрастет, а затем, после отдачи теплоты, примет первоначальное значение, Все произойдет так, как было описано раньше. Но интерпретация явлений изменится коренным образом. Раньше наша система состояла из сосуда, воды и мешалки, Теперь наша система состоит из сосуда, воды, мешалки и ' Предполагается, что кинетическая энергия груза при измерениях равна нулю. Кинетическую энергию всегда целиком можно превратить в потенциаль. ную энергию (уравнение (Ч, 12)]. !ш подвешенных грузов. Раньше наша система совершила круговой процесс. Теперь наша система не совершила кругового процесса.

Характеристики

Список файлов книги