ВУЗ:
Составители:
1
21
1
21
Q
QQ
T
TT −
=
−
=η
,
где Q
1
– количество теплоты, отданное нагревателем; Q
2
– количество теплоты, полученное холодильником.
Перепишем это выражение по-другому:
2
2
1
1
T
Q
T
Q
=
.
Причем количество теплоты, отданное холодильнику, берется со знаком минус, а количество теплоты на-
гревателя с плюсом. Тогда последнее выражение можно записать:
0
2
2
1
1
=+
T
Q
T
Q
.
Это выражение для идеального обратимого цикла Карно. Если взять произвольный замкнутый цикл, то его
можно представить как сумму циклов Карно:
0=
∑
T
Q
.
К этому выражению пришли независимо и Кельвин и Клаузиус. Величину
T
Q
Клаузиус и назвал энтропией и
обозначил латинской буквой S. Клаузиус считал ее мерой способности теплоты к превращению. Изменение
энтропии не зависело от пути, и для обратимых процессов имело вид:
∆S = 0.
Последнее выражение представляет собой запись второго начала термодинамики для обратимых про-
цессов.
Реальные процессы являются необратимыми. Невозможно представить себе случай, когда старый человек
превращается в младенца. В реальных естественных процессах энтропия системы возрастает. Это утверждение
справедливо для замкнутых систем. Для нас такой замкнутой системой является Вселенная. Для замкнутой
системы изменение энтропии необратимых процессов возрастает:
∆S > 0.
Это запись второго начала термодинамики через понятие энтропии для необратимых процессов, или по-
другому это есть принцип возрастания энтропии.
16.3. Механическая теория теплоты. Атомистика
Механическая теория теплоты, т.е. представление о теплоте как форме движения мельчайших частиц ве-
щества – атомов и молекул, похоронила идею теплорода в середине XIX в.
В 1857 г. появилась статья Клаузиуса "О роде движения, который мы называем теплотой". Позже эта ста-
тья вошла в его третий том "Механической теории тепла", к ней Клаузиус сделал дополнение, в котором упо-
минал ряд своих предшественников по этому вопросу.
Клаузиус подчеркнул в этой работе, что его термодинамические исследования не связаны с какими-либо
представлениями о природе теплоты. Все сделанные им выводы в первой части "Механической теории тепла",
основывались на общих законах. Это делает термодинамику мощным средством исследований во всех областях
физической науки. Вместе с тем Клаузиус говорит, что молекулярно-кинетические представления помогли ему
выработать основные понятия и принципы термодинамики.
В статье Клаузиус излагает основные представления молекулярно-кинетической теории. Он рассматривает
теплоту как движение атомов и молекул. В твердом теле молекулы движутся вокруг определенных положений
равновесия, а в жидкостях молекулы могут двигаться поступательно, оставаясь при этом в пределах определен-
ного объема. В газах молекулы движутся во все стороны поступательно, сталкиваясь между собой. В газах они
могут совершать и вращательные движения. Клаузиус рассматривает идеальный газ – газ, молекулы которого
настолько малы, что их объемом можно пренебречь по сравнению с объемом всего газа. Также в его идеальном
газе молекулы взаимодействуют между собой, только находясь в непосредственной близости друг от друга.
Клаузиус делает также предположение, что молекулы газа движутся во всевозможных направлениях и любое из
этих направлений движения имеет одинаковую вероятность. Это гипотеза молекулярного хаоса. Он подсчиты-
вает величину давления идеального газа на стенки сосуда, считая, что соударение молекулы со стенкой сосуда
происходит по законам упругого удара, по законам классической механики.
Итак, Клаузиус строит кинетическую теорию газов на основе классической механики, привлекая молеку-
лярные представления и статистику. Он вычисляет среднюю длину свободного пробега молекул и среднее
число столкновений, оперируя понятиями теории вероятностей.
Следующий шаг в развитии кинетической теории сделал Максвелл. В работе "Пояснение к динамической
теории газов", вышедшей в 1860 г., он выводит закон
распределения скоростей молекул газа. Газ представляет
собой колоссальное число молекул, которые движутся хаотически. Поэтому определить скорость отдельной
