Cтраница 4
Это заключение не должно ограничиваться случаем полного замкнутого цикла изменений. Оно действительно также и для любого изменения, не возвращающего систему к исходному состоянию. Следовательно, в любой изолированной системе, в которой происходят только обратимые процессы, энтропия остается постоянной. Теперь рассмотрим случай, когда происходит некоторый необратимый процесс. Для облегчения представления рассмотрим простой цикл Карно, подразумевая, что те же самые принципы приложимы и к более сложному случаю. Пусть на рис. 10 ABCD представляет цикл изменений, через которые проходит рабочее тело. [46]
Тепло, сообщенное рабочему телу источником тепла высокой температуры, может быть только частично превращено в работу в круговом процессе. Определенная часть тепла неизбежно передается источнику низкой температуры. Максимальная работа может быть получена лишь в том случае, когда в системе протекают только обратимые процессы и, следовательно, в случае, когда суммарная энтропия рассматриваемой изолированной системы остается неизменной. [47]
Обсуждение, проведенное в предыдущем разделе, подготовило почву для вывода теорем классической термодинамики равновесных процессов. Получаемые теоремы имеют неоценимое значение для инженера, позволяя установить критерии совершенства производящих и потребляющих работу приборов и машин, служащих основой современного технократического общества. Как уже отмечалось, только обратимые процессы позволяют совершать работу максимально эффективно - все реальные процессы в какой-то, пусть даже малой, мере являются необратимыми. Следовательно, аналитическое выражение рабочих критериев для любого реального прибора можно получить исключительно за счет возможностей нашего интеллекта; эта цель недостижима на пути экспериментального определения характеристик реальных приборов, поскольку последние всегда содержат те или иные несовершенства. Таким образом, предстоящее аналитическое исследование может послужить выдающимся примером силы абстрактного мышления. [48]
Чтобы удовлетворить условиям полной обратимости, необходима как внутренняя обратимость, характеризующая саму систему, так и внешняя обратимость. В этом случае полная работа равна сумме внутренней работы, совершаемой непосредственно системой, и внешней работы, производимой вспомогательными ЦТЭУ. Поскольку все реальные процессы в какой-то мере необратимы, становится ясно, что именно первая теорема об обратимой работе позволяет нам сделать важное заключение о том, что необратимость всегда приводит к потере возможностей совершения работы или к избыточному ее потреблению по сравнению с идеальным случаем. Далее, воспользовавшись в качестве источника или стока тепла гипотетическим идеальным устройством, получившим название теплового резервуара, нам удалось избежать каких-либо необратимостей, внешних по отношению к рассматриваемому процессу, так как, по определению, в тепловом резервуаре могут протекать только обратимые процессы. [49]