Cтраница 1
Осуществление вечного двигателя второго рода невозможно. [1]
Невозможность осуществления вечного двигателя второго рода тесно связана с необратимостью тепловых процессов. Как уже указывалось ранее, в системе тел, находящейся в тепловом равновесии, сами собой никакие процессы происходить не могут. Легко видеть, что это утверждение эквивалентно отрицанию возможности вечного двигателя второго рода. Поэтому второму началу термодинамики можно дать также следующую формулировку: невозможен процесс, единственным конечным результатом которого будет превращение в работу тепла, извлеченного из источника, имеющего всюду одинаковую температуру. [2]
Оствальда утверждает: осуществление вечного двигателя второго рода невозможно. [3]
Формулировка второго начала термодинамики в виде утверждения о невозможности осуществления вечного двигателя второго рода не допускает такого обращения, по крайней мере в обычных условиях; другими словами, полное обращение процессов превращения работы в теплоту невозможно. Чтобы пояснить это, рассмотрим процесс, при котором вся производимая внешними телами работа переходит в тепло, отдаваемое затем некоторому телу. [4]
Формулировка второго начала термодинамики в виде утверждения о невозможности осуществления вечного двигателя второго рода не допускает такого обращения; другими словами, полное обращение процессов превращения работы в теплоту невозможно. Чтобы пояснить это, рассмотрим процесс, при котором вся производимая внешними телами работа переходит в тепло, отдаваемое затем некоторому телу. Устройство, в котором бы совершался подобный процесс непрерывного превращения работы в тепло, по своему действию прямо противоположно вечному двигателю второго рода и поэтому всегда может быть осуществлено. Таким устройством является, например, прибор Джоуля для определения механического эквивалента теплоты. В этом приборе падающий груз приводит во вращение мешалку, находящуюся внутри резервуара с жидкостью, в результате чего энергия падающего груза передается в виде теплоты трения жидкости и вызывает ее нагревание. [5]
Клаузиусом и Томсоном в основу обоснования второго закона, как мы видим, положен в том или другом толковании принцип невозможности осуществления вечного двигателя второго рода, подтвержденный повседневным опытом, тогда как принцип Каратеодори выражается следующим положением: В любой близости всякого состояния системы тел существуют смежные состояния, которые из первого состояния не могут быть достигнуты адиабатическим путем. Как видим, подобное обоснование сущности второго закона для учебников по технической термодинамике является действительно слишком абстрактным и мало наглядным. [6]
Рассмотрев дальше содержание и особенности методов обоснования второго закона термодинамики Томсона и Каратеодори, Планк говорит о некоторых преимуществах метода Томсона - метода, построенного на невозможности осуществления вечного двигателя второго рода; здесь он также отмечает некоторые недостатки последнего метода. [7]
Легко убедиться, что из выражения (8.6) непосредственно следует утверждение о невозможности осуществления вечного двигателя второго рода. Действительно, для того чтобы сумма членов вида & Q / T равнялась нулю, необходимо, чтобы часть элементарных количеств теплоты 6Q была положительной, а другая часть - отрицательной, так как термодинамическая температура Т всегда больше нуля. Иными словами, при круговом изменении состояния рабочего тела должны быть участки с подводом теплоты ( 6Q0) и участки с отводом теплоты ( 6Q0); этим утверждается невозможность осуществления цикла при наличии только одного источника теплоты. [8]
В самом деле, рабочий механизм, так же как и среда, подвержен в силу своей молекулярной структуры флюктуациям. Флюктуации среды и механизма независимы друг от друга и будут происходить в различные моменты времени в разных направлениях, так что если под воздействием флюктуации среды поршень сместился вверх, то через некоторое время из-за собственной флюктуации он сместится вниз, в результате чего среднее по времени смещение поршня окажется равным нулю. Поэтому будет равна нулю и работа, производимая поршнем. Следовательно, использовать флюктуации для осуществления вечного двигателя второго рода невозможно, и утверждение второго начала термодинамики о неосуществимости вечного двигателя второго рода сохраняет свою силу и при статистическом рассмотрении физических систем. [9]
Этот процесс мог бы продолжаться до тех пор, пока вся внутренняя энергия океана не была бы превращена в работу. В соответствии со сказанным формулировка второго закона термодинамики, данная Планком, может быть видоизменена следующим образом: осуществление вечного двигателя второго рода невозможно. Следует заметить, что существование вечного двигателя второго рода не противоречит первому закону термодинамики; в самом деле, в этом двигателе работа производилась бы не из ничего, а за счет внутренней энергии, заключенной в тепловом источнике. [10]
Согласно же понятию о вечном двигателе второго рода обратимость невозможна, - здесь полного обращения процессов превращения работы в теплоту нет. Известно, что превратить работу в теплоту можно - относительно легко, при этом не будет особых затруднений и ограничений. Если бы процесс перехода работы в теплоту и получение из этой теплоты работы в том же количестве был осуществим, то это означало бы осуществление вечного двигателя второго рода. [11]