Два принципа термодинамики

Термодинамика есть отрасль физики, изучающая связь между тепловыми и механическими явлениями или попросту говоря, между теплотой и работой. Она основывается по существу на двух принципах, являющихся обобщением огромного экспериментального материала.

Первый принцип (количественный): общая энергия изолированной системы (т. е. системы, не имеющей обмена с внешним миром) остается всегда постоянной. Это — принцип сохранения энергии, сформулированный впервые русским ученым М. В. Ломоносовым. Если энергия в какой-либо форме рассеивается, то она возмещается равным количеством энергии в другой форме. Натянутая тетива лука теряет свою потенциальную энергию в момент, когда она спускается и выбрасывает стрелу, но эта энергия переходит в форму энергии движения, в кинетическую энергию стрелы. Одной из форм энергии следует считать теплоту, и можно уточнить принцип сохранения энергии, установив, что всякая механическая работа, всякая электрическая, магнитная или химическая энергия может целиком преобразоваться в теплоту в определенном отношении (в этой форме мы имеем принцип эквивалентности).

Открытие принципа сохранения энергии сыграло огромную роль в развитии науки. Энгельс его отметил как одно из трех величайших открытий своей эпохи:

«Первым из них было доказательство превращения энергии, вытекавшее из открытия механического эквивалента теплоты (Робертом Майером, Джоулем и Кольдингом). Теперь было доказано, что все бесчисленные действующие в природе причины, которые до сих пор вели какое-то таинственное, не поддававшееся объяснению существование в виде так называемых сил — механическая сила, теплота, излучение (свет и лучистая теплота), электричество, магнетизм, химическая сила соединения и разложения, — являются особыми формами, способами существования одной и той же энергии, т. е. движения. Мы не только можем показать происходящие постоянно в природе превращения энергии из одной формы в другую, но даже можем осуществлять их в лаборатории и в промышленности и притом так, что данному количеству энергии в одной форме всегда соответствует определенное количество энергии в какой-либо другой форме. Так, мы можем выразить единицу теплоты в килограмметрах, а единицы или любые количества электрической или химической энергии — снова в единицах теплоты, и наоборот; мы можем точно так же измерить количество энергии, полученной и потребленной каким-нибудь живым организмом, и выразить его в любой единице — например в единицах теплоты. Единство всего движения в природе теперь уже не просто философское утверждение, а естественно-научный факт».*

* (Ф. Энгельс, Диалектика природы, Госполитиздат, 1950. стр. 155.)

Второй принцип (качественный): в то время, как количество энергии сохраняется, она изменяется качественно. В частности, теплота должно рассматриваться как низшая или деградированная форма энергии; она не может целиком превращаться в механическую работу. Вследствие этого паровая машина (т. е. тепловая машина, превращающая часть тепла в работу) не может никогда иметь коэффициент полезного действия 100% — даже при условии, что всякое трение полностью отсутствует. Действительно, часть тепловой энергии переходит обязательно от источника тепла (паровой котел) к холодной машине (конденсатору), температура которого вследствие этого поднимается. Именно путем исследований работы паровых машин Карно пришел ко второму принципу термодинамики, именующемуся также по этой причине принципом Карно.

Первый принцип лежит в основе всей современной науки; никакая из самых последних теорий его не поколебала и не может поколебать и его продолжают всюду применять. Превращение вещества (корпускулярной формы материи) в излучение (волновую форму материи) лишь подтверждает незыблемость этого принципа.

Второй принцип всегда приводил к правильным результатам, когда его применяли к земным явлениям, хотя Земля не является полностью изолированной системой. Трудности начали возникать тогда, когда его захотели распространить на всю вселенную. Этой попыткой обобщения второго принципа мы обязаны главным образом Клаузиусу (1865) и лорду Кельвину; она и привела, в частности, к теории «тепловой смерти» вселенной.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все о космосе
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: