Молекулярная физика. Курс физики, часть 1. Морозов В.Г - 32 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

МИРЭА | Москва

Составители: 

Рубрика: 

T
1
T
2
Q
1
= −Q
2
Q
1
Q
2
Q
1
Q
2
Q = 0 η = 1
T
1
> T
2
100
o
0
o
η > 1
è î ìàøèíàõ, ñïîñîáíûõ ðàçâèâàòü ýòó ñèëó", àíàëèçèðóÿ ýôôåêòèâíîñòü ïðåâðà-
ùåíèÿ òåïëîòû â ðàáîòó â òåïëîâûõ äâèãàòåëÿõ, Êàðíî äàë âåñüìà ðàñïëûâ÷àòóþ
ôîðìóëèðîâêó âòîðîãî çàêîíà òåðìîäèíàìèêè, ñóòü êîòîðîé (åñëè ïåðåâåñòè åå íà
ñîâðåìåííûé ÿçûê) çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî èìååòñÿ ïðèíöèïèàëüíîå îãðàíè÷åíèå
ñâåðõó íà êîýôôèöèåíò ïîëåçíîãî äåéñòâèÿ òåïëîâîãî äâèãàòåëÿ, ïðè÷åì ýòî îãðà-
íè÷åíèå íå çàâèñèò îò óñòðîéñòâà äâèãàòåëÿ. Òî÷íàÿ ôîðìóëèðîâêà âòîðîãî çàêîíà
òåðìîäèíàìèêè áûëà äàíà â 1850 íåìåöêèì ôèçèêîì Ðóäîëüôîì Êëàóçèóñîì è
íåçàâèñèìî â 1851 ãîäó øîòëàíäñêèì ôèçèêîì Óèëüÿìîì Òîìñîíîì23 .

4.1.     Ðàçëè÷íûå ôîðìóëèðîâêè âòîðîãî çàêîíà
         òåðìîäèíàìèêè

Íåäîñòàòî÷íîñòü ïåðâîãî çàêîíà òåðìîäèíàìèêè äëÿ îïèñàíèÿ ìàêðîñêîïè÷åñêèõ
ïðîöåññîâ ìîæíî ïðîèëëþñòðèðîâàòü íà ñëåäóþùåì ïðîñòîì ïðèìåðå. Ïðåäñòàâèì
ñåáå èçîëèðîâàííóþ ñèñòåìó, ñîñòîÿùóþ èç äâóõ ÷àñòåé (ïîäñèñòåì) 1 è 2, ìåæäó
êîòîðûìè åñòü òåïëîâîé êîíòàêò. Åñëè ïîäñèñòåìû íå íàõîäÿòñÿ â ðàâíîâåñèè äðóã
ñ äðóãîì, ò.å. èìåþò ðàçëè÷íûå òåìïåðàòóðû T1 è T2 , òî ìåæäó íèìè áóäåò ïðîèñ-
õîäèòü òåïëîîáìåí, ïîêà òåìïåðàòóðû íå ñðàâíÿþòñÿ è âñÿ èçîëèðîâàííàÿ ñèñòåìà
íå ïðèäåò â ðàâíîâåñíîå ñîñòîÿíèå. Ïåðâûé çàêîí òåðìîäèíàìèêè óòâåðæäàåò, ÷òî
â ïðîöåññå òåïëîîáìåíà Q1 = −Q2 , ãäå Q1 è Q2  êîëè÷åñòâà òåïëà, ïîëó÷åííûå
ïåðâîé è âòîðîé ïîäñèñòåìàìè. Çàìåòèì, îäíàêî, ÷òî îïèðàÿñü òîëüêî íå ïåðâûé
çàêîí, íåâîçìîæíî îïðåäåëèòü, êàêàÿ èç âåëè÷èí, Q1 èëè Q2 , áóäåò ïîëîæèòåëü-
íîé. Äðóãèìè ñëîâàìè, íåâîçìîæíî îïðåäåëèòü, áóäåò ëè òåïëîòà ïåðåäàâàòüñÿ îò
áîëåå íàãðåòîãî òåëà ê ìåíåå íàãðåòîìó òåëó èëè íàîáîðîò. Ñ òî÷êè çðåíèÿ ïåð-
âîãî çàêîíà îáà ñëó÷àÿ âîçìîæíû, ëèøü áû âûïîëíÿëñÿ áàëàíñ ýíåðãèè. Ìåæäó
òåì ýêñïåðèìåíò ïîêàçûâàåò, ÷òî â îïèñàííîé âûøå ñèòóàöèè ïðîöåññ âñåãäà èäåò
òîëüêî â îäíîì íàïðàâëåíèè  òåïëîòà ïåðåäàåòñÿ îò áîëåå íàãðåòîãî òåëà ê ìåíåå
íàãðåòîìó24 .
   Ïðèâåäåì åùå îäèí âàæíûé ïðèìåð ïðîöåññîâ, äëÿ àíàëèçà êîòîðûõ ïåðâîãî çà-
êîíà òåðìîäèíàìèêè ÿâíî íåäîñòàòî÷íî.  ãëàâå 2 ìû ïîëó÷èëè âûðàæåíèå (2.20)
äëÿ êîýôôèöèåíòà ïîëåçíîãî äåéñòâèÿ òåïëîâûõ äâèãàòåëåé, ðàáîòà êîòîðûõ îñíî-
âàíà íà öèêëè÷åñêîì ïðîöåññå, ñîâåðøàåìîì ãàçîì èëè êàêèì-ëèáî äðóãèì ðàáî-
÷èì òåëîì. Ïåðâûé çàêîí òåðìîäèíàìèêè íå çàïðåùàåò ñóùåñòâîâàíèÿ äâèãàòåëåé
ñ Qõîë = 0 è, ñëåäîâàòåëüíî, ñ η = 1.  òàêîì äâèãàòåëå, êîòîðûé ïîëó÷èë íàçâàíèå
âå÷íîãî äâèãàòåëÿ âòîðîãî ðîäà25 , òåïëîòà, ïîëó÷åííàÿ ðàáî÷èì òåëîì, ïîë-
 23 Âïîñëåäñòâèè çà íàó÷íûå çàñëóãè îí ïîëó÷èë òèòóë ëîðäà Êåëüâèíà.
 24 Ìû  çíàåì, ÷òî åñëè T1 > T2 , òî òåïëîòà ïåðåäàåòñÿ îò ïåðâîé ïîäñèñòåìû êî
âòîðîé, îäíàêî ýòî ñâÿçàíî ëèøü ñ ïðèíÿòûì îïðåäåëåíèåì øêàëû òåìïåðàòóð 
áîëåå íàãðåòîå òåëî èìååò áoëüøóþ òåìïåðàòóðó. Âàæíî, ÷òî ïðîöåññ âñåãäà èäåò
òîëüêî â îäíîì íàïðàâëåíèè. Çàìåòèì, êñòàòè, ÷òî ïåðâîíà÷àëüíî øêàëà Öåëüñèÿ
áûëà "ïåðåâåðíóòîé", ò.å. òðîéíîé òî÷êå âîäû ïðèïèñûâàëàñü òåìïåðàòóðà â 100 o ,
à òî÷êå êèïåíèÿ  0 o .
  25 Íàïîìíèì, ÷òî â âå÷íîì äâèãàòåëå ïåðâîãî ðîäà, ó êîòîðîãî η > 1, ðàáîòà ñî-

âåðøàåòñÿ èç íè÷åãî. Ñóùåñòâîâàíèå âå÷íîãî äâèãàòåëÿ ïåðâîãî ðîäà îòðèöàåòñÿ
ïåðâûì çàêîíîì òåðìîäèíàìèêè.


                                       31

Страницы