ДЕТЕРМІНІЗМ В ТЕПЛОВИХ ПРОЦЕСАХ ПРИРОДИ

Людина може зробити шлях великим, нс шлях робить великим людини.

Конфуцій

Історія відкриття закону збереження і перетворення енергії призвела до вивчення теплових явищ в двох напрямках: термодинамическом вивчає теплові процеси без урахування молекулярної будови речовини, і молекулярно-кінетичному, який досліджує теплові явища ка результат спільної дії величезної сукупності двіжущіхс частинок, з яких складається речовина. Термодинаміка виникла з узагальнення численних фактів, що описують явища передачі, поширення та перетворення тепла. Молекулярно-кінетичне направлени характеризується розглядом різних макропроявленій систем ка результату сумарного дії величезної сукупності хаотичнорухомих молекул. При цьому молекулярно-кінетична теорія використовує статистичний метод, цікавлячись не рух окремих молекул а тільки середніми величинами, які характеризують рух величезної сукупності частинок. Звідси інша її назва - статистичної фізики. Оформившись до середини XX ст., Обидва ці напрямки підходячи до розгляду вивчення стану речовини з різних точок зору і доповнюють один одного, утворюючи одне ціле.

На основі досліджень Джоуля, Майера та інших вчених встановлено так зване перший початок термодинаміки. Клаузиус першим висловив думку про еквівалентність роботи і кількості теплоти як про першо початку термодинаміки. Будь-яке тіло має внутрішню енергію, котору Клаузиус назвав «теплом, що містяться в тілі» ( II) на відміну від «тепла повідомленою тілу» ((2). Величину V можна збільшити двома еквівалентними способами, зробивши над тілом механічну роботу (А) або повідомляючи йому кількість теплоти (0.

Загальновизнаним є той факт, що поширення тепла являє собою незворотний процес і тепло передається від гарячого тіла до холодного, а не навпаки. Важливою концепцією термодинаміки є те, що при роботі теплової машини не всі кількість теплоти, взято у нагрівача, передається холодильнику (рис. 10.1). Частина цієї теплот перетворюється в роботу, що здійснюються машиною. Клаузіус показав, чт пояснення перетворення теплоти в роботу грунтується ще на одне принципі, сформованому С. Карно, що затверджує, що в будь-якому безперервному процесі перетворення теплоти від гарячого нагрівача в робіт неодмінно повинна відбуватися віддача теплоти холодильнику. Чинена при цьому теплова робота (Л) оцінюється коефіцієнтом полезног дії (г |) в такий спосіб: г | = Л / (21, де - кількість теплоти передане нагрівачем. Максимальний коефіцієнт корисної дії має ідеальна теплова машина, що працює за циклом Карно коефіцієнт корисної дії якої визначається як ц = (Т { - Т 2 ) / Т 2 де Т х - абсолютна температура нагрівача, Т 2 - абсолютна температура холодильника.

Схема теплової машини

Мал. 10.1. Схема теплової машини

Таким чином, має місце загальне властивість теплоти, що полягає в тому, що теплота «завжди виявляє тенденцію до зрівнювання температурної різниці шляхом переходу від теплих тіл до холодних». Ет положення Клаузиус пропонує назвати «другим основним положення механічної теорії теплоти» і в сучасну науку увійшло як друго початок термодинаміки.

Всі ці численні факти і знайшли своє узагальнення і теоретичне пояснення в законах класичної термодинаміки:

  • 1) якщо до системи підводити тепло (2 і над нею проводиться робота Л то енергія системи зростає до величини / 7: і = (2 + Л. Цю енергію / 7В називають внутрішньою енергією системи;
  • 2) неможливо здійснити процес, єдиним результатом якого було б перетворення тепла в роботу при постійній температурі, Г.Е тепло не може перетекти мимовільно від холодного тіла до гарячого.

У першому законі йдеться про збереження енергії, а в другому - про неможливість виробництва роботи винятково за рахунок вилучення тепла з одного резервуара при постійній температурі, тобто про направлени теплових процесів в природі.

Завдяки роботам австрійського фізика Людвіга Больцмана термодинаміка була зведена з макроскопічного рівня на мікроскопічний. Стан макроскопічного тіла (системи), заданий за допомогою макропараметрів (параметрів, які можуть бути виміряні макропрі борами, - тиск, температура, об'єм і інші макроскопічні величини, що характеризують систему в цілому), називають макросостояніем. Стан макроскопічного тіла, охарактеризовані настільки детально, що виявляються заданими стану всіх утворюють тіло молекул, називається микростанів. Будь-яке макросостояніе може побут здійснено різними способами, кожному з яких відповідаючи деякий Мікростан системи. Число можливих різних микросостояний, які відповідають цій макросостояніе, називають термодинамічної ймовірністю (?) Макросостоянія.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >