Кричевский И.Р. Понятия и основы термодинамики (1185131), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Из этих огромных резервуаров мы можем создавать движущую силу, нужную для наших потребностей; природа, повсюду предоставляя горючий материал, дала нам возможность всегда и везде получать теплоту и сопровождающую ее движущую силу. Развивать эту силу и приспособлять ее для наших нужд — такова цель тепловых машин. Изучение этих машин чрезвычайно интересно,так как их значение весьма велико и их распространение растет с каждым днем.
По-видимому, им суждено сделать большой переворот в цивилизованном мире» ((11, стр. 17). Когда 28-летний Сади Карно писал эти строки (1824 г.), принцип эквивалентности не был еще открыт. Не было еще известно, что любая закрытая система, совершающая круговой термодинамический процесс, является, по сути дела, или тепловой машиной (система суммарно производит работу над источником работы), или холодильной машиной (источник работы суммарно производит работу над системой).
Закрытые системы, совершающие круговые процессы, не всегда называют тепловыми (холодильными) машинами, Но такое ограничение связано не с сущностью кругового термодинамического процесса, а с целями, которые преследуют прн его проведении. После сказанного читатели не станут удивляться, что исследования тепловых (холодильных) машин оказались столь важными не только для понимания их действия, но и для всей термодинамики. К тому же исторически дело сложилось так, что на первых порах термодинамика больше выиграла от изучения тепловых машин, чем эти машины от развития термодинамики.
Зато при создании холодильных машин термодинамика уплатила свой долг технике. Многе авторы ставят себе в заслугу изложение термодинамики «без обычного скучного (Р и. К.) рассмотрения тепловых машин» [21 Такое стремление одновременно и недоразумение, и неблагодарность. Читатели знакомы со следствиями, вытекающими из принципа эквивалентности, и подготовлены к тому, что открытие нового закона, которому подчиняются действия тепловых (холодильных) машин, т. е, открытие нового закона для круговых.термодинамических процессов, может повлечь за собой обнаружение нового свойства системы.
«Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» Таково было название знаменитого труда Сади Карно (1824 г). Труд Карно — это труд гения. Над открытием принципа эквивалентности работало много лиц. Корни этого открытия можно проследить за сотни лет до естественно-научного обоснования принципа эквивалентности. У Карно же предшественников не было. Он первый высказал в своем труде принцип, носящий его имя ". В этом труде рассматривались производство работы тепловыми машинами и потребление работы холодильными машинами. Паровые машины были распространены в Англии еще во второй половине ХУ!11 в.
После наполеоновских войн они во все воз. растающем числе появляются на континенте Европы. «Часто поднимали вопрос: ограничена или бесконечна движущая сила тепла, существует ли определенная граница для возможных улучшений, граница, которую каким бы то ни было способом перешагнуть мешает природа вещей,— или, напротив, возможны безграничные улучшения? Искали также долгое время и теперь ищут, не существуют ли для развития движущей силы огня агенты, предпочтительные водяному пару; не представляет ли, например, атмосферный воздух в этом отношении ббльшие преимущества. Мы ставя)и себе задачу подвергнуть здесь эти вопросы внимательному рассмотрению» ([11, стр.
!9). * «Карно формулирует этот принцип без всякой напыщенности, так сказать, мимоходом; ои как будто бы ценит его посто;тьку, поскольку он позволяет ему формулировать правила, относящиеся к функционированию термических ма. шин, так как установление этих правил и составляет явную задачу его труда. Но, всматриваясь, можно заметить, что он улавливал принцип во всей его общности и что последующее поколение лишь в очень немногом могло дополнить такое понимание» 131. Разбор труда Карно дан в 141. 144 Для ответа на поставленные вопросы необходима теория тепловых (холодильных) машин.
Но до опубликования труда Карно такая теория отсутствовала. Ее создание — заслуга Карно. Карно по образованию инженер, воспитанник Политехнической школы, знаменитой своими преподавателями и учащимися ". В этой школе господствовала вещественная теория теплоты. По высказыванию Пуассона, механическая теория теплоты была «бесплодной» (6).
Карно, как инженер, был сведущ в расчетах водяных двигателей (7]. Они тогда преобладали во Франции [7). Карно исключал возможность построить вечный двигатель. Поэтому он не допускал мысли о производстве тепловыми машинами из ничего движущей силы (работы) и должен был искать, что же является эквивалентом произведенной работы.
Нам известно (но не было известно Карно), что суммарное количество работы, произведенной тепловой машиной над источником работы, имеет своим эквивалентом равное количество теплоты, суммарно полученной машиной, Известно также, что источник работы может быть один. Поэтому тепловая машина может на одних этапах кругового процесса производить работу над источником работы; тот же источник может производить работу над машиной на других этапах кругового процесса. Но пока неизвестно, может ли тепловая машина получать теплоту от источника теплоты на одних этапах кругового процесса и отдавать теплоту этому же источнику на других этапах кругового процесса.
Суть теории Карно в том и состоит, что для производства работы тепловой машиной нгобходимьг по крайней мере два источника тип готе« с различными температурами. Эта суть теории Карно получила впоследствии название принципа Карно. Карно придерживался, когда писал свой труд, гипотезы о вещественной природе теплоты **. Карно видел (ошибочно) эквивалент произведенного количества работы в переходе («падении») неизменного (требование гипотезы) количества теплоты из резервуара *** более высокой температуры в резервуар более низкой температуры. «Возникновение движущей силы в паровых машинах обязано не действительной трате теплорода, а гго переходу ог горячего тела к холодному».
И далее; «Повсюду, гдг имеется * Среди преподавателей были: Лагранж, Мояж, Вертолле; среди учеников Араго, Гей-Люссак, Коши, Пуассон, Френель, Сади Карно [5[. ** В 1878 г., т. е. много лет спустя после преждевременной смерти Карно [1832 г.), был опубликован его дневник [8), 'из которого видно, что в последние годы своей жизни Карно пришел к идее об эквивалентности между работой и теплотой. Нз этом основании существует точка зрения (см.
[9]), что Карно писал свой труд, имея уже правильное представление о природе теплоты, и применял термин «теплород» в смысле «энтропия» [Р). В труде Карно имеется, однако, много доказательств того, что Карно стоял на позидияк вещественной приооды теплоты. Автор поэтому не разделяет точки зрения Ла Мэра. "*" Язык соответствует представлениям гияптезы о вещественной природе теплоты Поэтому — резервуар, а не источник. 1О зею таэ разность температур, может происходить возникновение движущей силь«» ([Ц, стр.
20, 22). Устанавливая эквивалент количества работы, произведенной тепловой машиной, Карно проводит аналогию между падением воды и переходом теплоты. «Движущая сила падающей воды зависит от высоты падения н количества воды; движущая сила тепла также зависит от количества употребленного теплорода и зависит от того, что можно назвать и что мы будем на самом деле называть высотой его падения,— т. е, от разности температур, между которыми происходит обмен теплорода» ([Ц, стр. 26). Карно уподобил теплоту воде,-разность температур — разности высот, тепловую машину — водяной мельнице.
После совершения работы сохраняется масса воды, только на низшем уровне; сохраняется количество теплоты, только при меньшей температуре. Сравнение ошибочное, но идея о необходимости двух температур верна и гениальна. В. Томсон (Кельвин) указал (1849 г.) на слабое место теории Карно [10[, хотя он сам тогда придерживался гипотезы о вещественной природе теплоты. В Томсон продолжал придерживаться вещественной теории теплоты после хорошо известныд ему опытов Джоуля. На Томсона оказал большое влияние труд Карно, укрепивший позиции вещественной природы теплоты.
"Даже в 1886 г, в статье «Теплота», опубликованной в Британской Энциклопедии (издание 8-е), предпочтение было отдано вещественной теории теплоты (см. [1 В). Эта теория объясняла множество нвлений, причем не только тепловых [!2]. «Мольер высмеивал усыпительную силу врачей своего времени. Но Мольер с безошибочным чутьем гения указал на действительно вопиющий пример эта усыпительная сила была придумана для объяснения одного только случая. Бели бы, наоборот, можно было при помощи этой сущности, явно фиктивной, объяснять ряд явлений, то нет уверенности, что эту гипотезу следовало бы осудить.
Теория теплорода тоже предполагала наличие сущности такой же фиктивной, как усыпительная сила, но все же была великолепной научной теорией. Она объясняла, как известно, совершенно удовлетворительным образом огромное число фактов, давала приемлемую картину реальности и служила, сверх того, орудием первоклассных исследований. Блек, на основании теории теплорода, пришел к понятиям теплоемкости и скрытой теплоты. Сади Карно пользовался этой теорией, устанавливая свой принцип» ([131, т, 1, стр. 74 — 75).
Вода, падая с более высокого уровня на более низкий, производит работу, например вращает мельничные жернова. Вода достигает более низкого уровня с меньшей скоростью, чем в том случае, когда работа совсем не производится. Произведенная работа имеет своим эквивалентом уменьшение кинетической энергии водЫ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
