Cтраница 2
Будучи лишь выражением веры, это утверждение не поддается строгому доказательству и должно либо содержаться в нашем законе, либо следовать из него. Именно этот постулат выражается законом устойчивого равновесия. [16]
Соображения, изложенные в разд. Однако получаемое логическим путем из закона устойчивого равновесия само по себе оно не заслуживает названия принципа или закона. Форма, в которой это утверждение было первоначально выражено Клайном и Кенигом [7], оказалась жертвой формулировки закона устойчивого равновесия, данной Хацопулосом и Ки-наном [1], которые показали, что оно является следствием ЗУР. Мы считаем, что этот принцип приносит непосредственную пользу в двух отношениях: а) как обоснование для использования разности энергий в качестве меры переноса тепла ( это будет сделано после того, как в следующей главе мы определим понятие о чисто тепловом взаимодействии) и б) при определении числа независимых переменных, задание которых необходимо и достаточно для полного описания устойчивого состояния простой системы. [17]
При этом мы предположили, что обсуждаемый процесс является обратимым, и затем рассмотрели, можно ли было бы с помощью гипотетического компенсирующего процесса ( компенсатора) и других известных физических процессов построить ВД-2. В случае положительного ответа нарушается следствие 3 закона устойчивого равновесия, что позволяет сделать вывод о невозможности существования компенсатора, а значит, и необратимости исходного процесса. [18]
Хотя это определение и может показаться несколько более общим по сравнению с данным в разд. Так, чтобы найти количественное изменение энергии при переходе системы между двумя состояниями, по-прежнему необходимо обращаться к следствию 1 закона устойчивого равновесия, которое позволяет изменение энергии приравнять адиабатической работе. Мы же предпочитаем определить изменение энергии непосредственно через адиабатическую работу, как это было сделано в разд. [19]
Так как T ] R никогда не превышает единицы, то показанное на рис. 10.6, в поведение системы невозможно. Это подтверждается тем, что фактически на рис. 10.6 в изображен ВД-2, а, как мы знаем из следствия 3 закона устойчивого равновесия, осуществить такое устройство невозможно ( разд. [20]
Таким образом, следствие 1 доказано для адиабатических процессов с потреблением работы. Доказательство следствия 1 будет завершено, если мы покажем, что в альтернативных адиабатических процессах перехода между данными двумя устойчивыми состояниями, позволяющих получить работу, различие в количествах получаемой работы также противоречит закону устойчивого равновесия. Впервые оно было проведено Хацопулосом и Кинаном [1] аналогично тому, как это было сделано выше, хотя и с некоторым существенным отличием. Это отличие связано с тем фактом ( известным на опыте, но строго доказанным в гл. [21]
Ранняя книга Кинана [3], опубликованная в 1941 г., оказала благотворное влияние на преподавание термодинамики в учебных заведениях для инженеров в США и Великобритании. Напротив, закон устойчивого равновесия Хацопулоса и Кинана, из которого первый и второй законы получаются как следствия, по существу, относится к нециклическим процессам. В равной мере это справедливо и для теорем о термодинамической доступности энергии. К сожалению, в циклическом подходе природу истинного источника необратимости не удается выявить слишком долго, в то время как в нециклическом подходе она проясняется с самого начала. Более того, циклический процесс в какой-то степени является искусственной конструкцией. Естественные процессы, протекающие в физическом мире, имеют в основном нециклический характер, причем циклический процесс рассматривается как особый случай, в котором реализуется такая последовательность нециклических процессов, что конечное термодинамическое состояние системы совпадает с начальным. [22]
В последующих главах мы будем изображать эту структуру в виде генеалогического древа термодинамики, наращивая на нем ветви по мере прохождения очередной главы. Как показано на рис. 2.4, в основании этого древа находится закон устойчивого равновесия. [23]
Как было показано, первое из этих утверждений является следствием закона устойчивого равновесия. Далее оно было использовано для установления истинности второго утверждения. Таким образом, поскольку оба этих утверждения являются логическими следствиями более фундаментального утверждения, известного как закон устойчивого равновесия, называть их законами нецелесообразно. [24]
Соображения, изложенные в разд. Однако получаемое логическим путем из закона устойчивого равновесия само по себе оно не заслуживает названия принципа или закона. Форма, в которой это утверждение было первоначально выражено Клайном и Кенигом [7], оказалась жертвой формулировки закона устойчивого равновесия, данной Хацопулосом и Ки-наном [1], которые показали, что оно является следствием ЗУР. Мы считаем, что этот принцип приносит непосредственную пользу в двух отношениях: а) как обоснование для использования разности энергий в качестве меры переноса тепла ( это будет сделано после того, как в следующей главе мы определим понятие о чисто тепловом взаимодействии) и б) при определении числа независимых переменных, задание которых необходимо и достаточно для полного описания устойчивого состояния простой системы. [25]
Как мы уже могли видеть, соображения, излагаемые при выводе первого закона, тесно связаны с представлением о сохранении энергии, что дает возможность составить уравнения энергетического баланса для рассматриваемого рабочего устройства. Эти уравнения позволяют легко следить за энергией, потребляемой и отдаваемой устройством, однако на основе этих уравнений нельзя ничего сказать о степени совершенства нашего устройства по сравнению с аналогичным гипотетическим идеальным устройством. В то же время второй закон приводит к таким утверждениям, которые позволяют установить критерии качества такого устройства. Эти утверждения будут сформулированы в следующей главе, а сейчас мы ограничимся рассмотрением второго закона и получим еще два следствия закона устойчивого равновесия. [26]