Кричевский И.Р. Понятия и основы термодинамики (1185131), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Сосуд, вода и мешалка пришли в первоначальное состояние, но в другой части теперешней нашей системы — в подвешенных грузах — произошли изменения. Грузы опустились. Их потенциальная энергия уменьшилась. Уменьшилась, следовательно, и потенциальная энергия всей теперешней нашей системы. Раньше источник работы совершил в круговом процессе работу над нашей системой. Теперь количество работы в некруговом процессе равно нулю. Нет передачи упорядоченного движения через границы теперешней нашей системы. Нет двух участников, без которых передача немыслима.
Раньше в круговом процессе количество теплоты, отданной нашей системой, было эквивалентно количеству работы, совершенной источником работы над нашей системой. Теперь в некруговом процессе количество теплоты, отданной теперешней нашей системой, эквивалентно убыли потенциальной энергии иа. шей системы. Можно прийти к нелепым выводам, если ие следить внимательно за постановкой термодинамического опыта.
Суммарное количество теплоты в круговом процессе не равно в общем случае нулю. Отсюда неизбежен вывод: теплота не является свойством системы. Количество теплоты, получаемой (отдаваемой) системой, зависит не только от начального и конечного состояний системы. Количество теплоты зависит и от пути пере. хода системы из начального состояния в конечное. После открытия принципа эквивалентности стало ошибочным говорить о количестве теплоты, содержащейся в системе, независимо от того, вещество ли теплота или движение частиц тела.
Ошибочным стало говорить о бесконечно малом или конечном приращении теплоты. Можно говорить только о бесконечно малом или конечном количестве теплоты, получаемой или отдаваемой системой. Для бесконечно малого количества теплоты будет принято обозначение дд; для конечного количества теплоты — обозначение д. Теплота, как и работа, ие является свойством системы.
Поэтому о теплоте, как и о работе, можно говорить только в связи с процессом и во время процесса, который совершает система, но не в связи с ее состоянием. «Мы должны тщательно запомнить: мы знаем о теплоте только то, что случается, когда теплота переходит от одного тела к другому. Мы ие должны предполагать, что теплота, когда она вошла в систему, существует в ней в форме теплоты» Д5), стр.
73). «Один килограмм жидкой воды не «содержит» теплоты на 80 икал больше, чем один килограмм льда, но получает 80 ккал при определенном возникновении,из льда и отдает 80 ккал при определенном превращении в лед» [6]. Теплота — это движение в передаче. «Передача прекратилась, нет больше возможности применять слово «теплота>. Так же неправильно будет говорить 120 о «теплоте в системе», как говорить о «работе в системе» [71 Тэт писал: «Мы знаем, сколько входит в систему и сколько выходит из нее.
Мы знаем, чтб при входе или выходе является теплотой нли работой. Но это все» (цит. по [6[). Следствие из принципа эквивалентности, изложенное в приведенных цитатах, было известно науке еще со второй половины Х!Х в. Но это следствие как-то плохо усваивалось изучающими и (увы!) некоторыми как-будто изучившими термодинамику. Поэтому К. А. Путилов [8) вынужден был в !952 г. снова н подробно (н вполне правильно) разобрать этот вопрос. В круговых и стационарных процессах соблюдается принцип эквивалентности между суммарным количеством работы и суммарным количеством теплоты. Состояние системы не изменяется в этих процессах.
Поэтому количество движения, передаваемого системе через ее границы в форме работы, не может остаться внутри системы. Движение должно быть отдано системой через ее границы в форме теплоты, Теплота, как и работа, является количественной мерой передачи движения от одной системы к другой, но движения уже беспорядочного ([2), т. П, стр. 669). Передача теплоты осуществляется хаотическими движениями молекул тел, при отсутствии предпочтительного направления в движении молекул.
Такая передача движения происходит при контакте двух тел, имеющих различные температуры. «Передача движения от системы А к системе В обусловлена только той причиной, что температура А выше (хотя бы на бесконечно малую величину) температуры В. Мы говорим: движение в форме теплоты перешло от А к В. Только в момент перехода от А к В движение можно называть теплотой. Мы не говорим: движение было теплотой, когда оно содержалось в системе А; движение стало теплотой, когда оно вошло в систему В» [3). Максвелл, по.видимому, первый, охарактеризовал работу, как передачу упорядоченного движения, а теплоту, как передачу беспорядочного движения ([2), т.
П, стр. 669). В передаче беспорядочного движения участвует не менее двух систем. Они образуют оба конца передачи. Одна из систем — это наша система, та самая, которая участвует в передаче упорядоченного движения, та самая, которую мы изучаем. Вторая система, на другом конце передачи, измеряет количество теплоты. Больше ничего во второй системе нас не интересует. Название второй системы, в отличие от нашей системы, — источник теплоты. Источником теплоты может быть, например, смесь воды и льда. По количеству замерзшего (растаявшего) льда измеряют количество переданной теплоты. Источником теплоты может быть, например, кусок меди. По изменению его температуры (и зная его теплоемкость) измеряют количество переданной теплоты.
Источник теплоты ее не содержит. Поэтому «нсточннк теплоты» надо понимать не в смысле «источник воды», а как, скажем, «химический завод — источник азотных удобрений», 121 Величина д — количество теплоты, входящая в термодинамиче-. ские уравнения, обязательно должна измеряться при определенной постановке опыта. Она совпадает с уже описанной при измерении количества работы. Надо только заменить в описании источник работы на источник теплоты и передачу упорядоченного движения на передачу беспорядочного движения. Работа и теплота — количественные меры передачи движения нашей системе от источника работы и источника теплоты (или этим источникам от нашей системы). Поэтому разбор термодинамического процесса надо начать с проведения границ. Они должны отделить нашу систему от источника работы и источника теплоты.
О характере передаваемого движения необходимо судить на внешней стороне границ нашей системы, Заглядывание внутрь ее будет с термодинамической точки зрения излишним любопытством. Во втором опыте Джоуля (глава У1) границы нашей системы были проведены по внешней геометрической поверхности калориметрического сосуда.
Поэтому сосуд составлял часть нашей системы, Через эти границы поступало упорядоченное движение. Оно передавалось системе от вала машины (источника работы). Над нашей системой совершалась работа. Вопроса о том, в движение какой формы превращается внутри системы передаваемое упорядоченное движение, термодинамика не ставит и ответа. на него не дает. Через границы нашей системы не передавалось беспорядочное движение.
Система не получала и не отдавала теплоты. Опыт Джоуля протекал в первой его стадии в адиабатических условиях. Передача теплоты между нашей системой и источником теплоты была прервана в первой стадии опыта («что легче сказать, чем выполнить» [9]). Упорядоченное движение, переданное через границы системы в адиабатических условиях, преобразовалось внутри системы в другие формы движения. Это и повлекло за собой повышение температуры нашей системы.
(Она состояла из воды, калорнметрического сосуда и мешалки.) Читатели не скажут, что на первой адиабатической стадии опыта Джоуля повышение температуры вызвано древращением работы в теплоту. Такое утверждение было бы полностью лишено смысла. Вриджмен поставил вопрос: какая доля повышения температуры калориметрического сосуда вызвана передачей ему теплоты от воды и какая доля вызвана турбулентными толчками перемешиваемой воды о стенки сосуда? [!0[.
Вопрос этот для термодинамического разбора опыта Джоуля не только излишен, но и лишен смысла. Внутри нашей системы нельзя говорить ни о теплоте, ни о работе. Вопрос Бриджмена приобретает смысл, если только калориметрический сосуд является нашей системой. Как тогда определить количества теплоты и работы, получаемые системой от перемешиваемой воды, находящейся в соприкосновении с сосудом? В этом случае мы приходим к вопросу о границах применимости понятий работы и теплоты. Ф. Энгельс указывает, что диалектика не знает «ласс( аас( [аз( Даве» (абсолютно резких разграничительных линий), что диалектика «прнзнает в надлежащих случаях наряду с «или — или» также «как то, так и другое» ([11), стр, 527, 528). Это указание Ф.
Энгельса подтверждается на примере понятий работы и теплоты. В большинстве случаев можно сказать «илн работа, или теплота». Но бывают и редкие случаи, когда приходится говорить «как работа, так и теплота». Волны света передают движение системе. Это движение можно рассматривать или как теплоту, или, после открытия давления света (П. Н. Лебедев, 1901 г. [12!), как работу: свет может произвести непосредственное механическое действие на систему. М. Пленк приводит этот пример, и указывает: «Здесь мы фактически сталкиваемся с границей применимости, но отнюдь не справедливости» ([13), стр.
129) принципа эквивалентности. То же самое можно сказать про случай, разбираемый Бриджменом. Передача движения, упорядоченного и беспорядочного, через границы нашей системы не должна сопровождаться переходом вещества через эти границы. В противном случае станет невозможным измерение количества теплоты и понятие теплоты потеряет свою ценность. Поэтому только закрытая система составляет предмет термодинамического изучения. К тому же ее взаимодействия с другими системами должны ограничиваться передачами работы и теплоты. Закрытую систему, взаимодействия которой с другими систе. мами ограничиваются передачами работы и теплоты, мы в дальнейшем будем кратко называть «гермодинамической системой».
Процесс, совершаемый такой системой, будем называть «термодинамическим процессом». Условия термодинамнческого опыта теперь должны быть читателям ясны. Внутри границ находится наша закрытая система. Другие системы, находящиеся за границами нашей системы, являются источниками работы и источниками теплоты. Источник работы, как уже указывалось, в принципе может быть один для передачи работы любой формы. Сколько в принципе должно быть источников теплоты, чтобы осуществить любую передачу теплоты, — этот крайне важный вопрос будет рассматриваться в главах ЧП1 и 1Х. Внутренняя энергия системы Принцип эквивалентности выражается уравнением (У1[,!) гце се — суммарное количество работы; Ч вЂ” суммарное количество теплоты в круГовом процессе, Численное значение г' зависит от выбора единиц для количества . работы и количества теплоты.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
