Cтраница 2
В формулировке Томсона второй закон термодинамики накладывает ограничения на превращение внутренней энергии в механическую. Из формулировки Томсона следует, что невозможно построить машину, которая совершала бы работу только лишь за счет получения теплоты из окружающей среды. Такая гипотетическая машина получила название вечного двигателя второго рода, так как вследствие неограниченности запасов внутренней энергии в земле, океане, атмосфере такая машина была бы для всех практических целей эквивалентна вечному двигателю. [16]
В формулировке Томсона второй закон термодинамики накладывает ограничения на превращение внутренней энергии в механическую. Из формулировки Томсона следует, что невозможно построить машину, которая совершала бы работу только лишь за счет получения тепла из окружающей среды. Такая гипотетическая машина получила название вечного двигателя второго рода, так как вследствие неограниченности запасов внутренней энергии в земле, океане, атмосфере такая машина была бы для всех практических целей эквивалентна вечному двигателю. [17]
Приведенные ранее две формулировки второго закона термодинамики самым тесным образом связаны с понятием необратимости. Действительно, формулировка Томсона - Планка накладывает запрет на двигатель, который полностью превращает в работу теплоту, взятую от горячего источника. Таким образом, обе формулировки запрещают обратимость для самопроизвольного процесса. [18]
Соотношение ( 3) показывает, что в таком циклическом процессе система, возвратившись в исходное состояние, превратила в работу всю полученную теплоту. Но это невозможно, согласно второму закону термодинамики в формулировке Томсона. Значит, такой циклический процесс неосуществим. Первый его этап всегда возможен: на этом этапе к системе просто подводится теплота, и никаких других условий не накладывается. Поэтому невозможным здесь является только второй этап, когда по условию система должна возвращаться в исходное состояние адиабатически. [19]
Естественным пределом этой последовательности термодинамических температур является нуль - абсолютный нуль термодинамической шпалы, в связи с чем термодинамическую температуру называют также абсолютной. Описанная выше процедура построения термодинамической шкалы не позволяет получить нулевое значение температуры, ибо для этого требуется 1 - го, 1 - U что невозможно, согласно формулировке Томсона - Планка. [20]
Утверждение, содержащееся в формулировке Томсона, логически вытекает из утверждения, высказанного в формулировке Клаузиуса. Действительно, работа может быть полностью превращена в теплоту, например при посредстве трения. Поэтому, превратив с помощью процесса, запрещенного формулировкой Томсона, теплоту, отнятую от какого-либо тела, полностью в работу, а затем превратив эту работу посредством трения в теплоту, сообщаемую другому телу с более высокой температурой, мы осуществили бы процесс, невозможный согласно формулировке Клаузиуса. [21]
Коренное изменение содержания проведено в новом издании учебника в разделе Второе начало термодинамики. В первых изданиях обоснование и аналитическое выражение второго начала термодинамики осуществлялись методом Карно - Клаузиуса. Здесь сначала говорится о формулировках второго начала термодинамики Клаузиуса, затем о формулировке Томсона. После этого рассматриваются два следствия, вытекающие из второй формулировки этого начала. [22]
Исходя из второго начала, была доказана теорема Карно и неравенство Клаузиуса. Затем, на основе неравенства Клаузиуса был получен закон возрастания энтропии в адиабатически изолированной системе. Цепочку рассуждений можно провести в обратной последовательности и показать, что из закона возрастания энтропии следует справедливость второго начала термодинамики в формулировках Томсона и Клаузиуса. Необходимо иметь ввиду, что закон возрастания энтропии и постулат второго начала термодинамики равносильны. [23]
Предположим, что верна формулировка Томсона и неверна Клаузиуса. Тогда из теплового резервуара R за счет какого-нибудь процесса часть теплоты могла бы быть переведена к более высокой температуре и, таким образом, был бы создан второй тепловой резервуар R с более высокой температурой. Из его запаса часть теплоты могла бы быть превращена в работу, а оставшееся количество приведено к температуре резервуара R. Таким образом R исчез бы и в результате из запаса теплоты резервуара R была бы получена работа. Этот процесс можно было бы повторять сколь угодно часто, он представлял бы собой вечный двигатель второго рода и противоречил бы формулировке Томсона. Следовательно, если формулировка Томсона верна, то должна быть верна и формулировка Клаузиуса. [24]
Предположим, что верна формулировка Томсона и неверна Клаузиуса. Тогда из теплового резервуара R за счет какого-нибудь процесса часть теплоты могла бы быть переведена к более высокой температуре и, таким образом, был бы создан второй тепловой резервуар R с более высокой температурой. Из его запаса часть теплоты могла бы быть превращена в работу, а оставшееся количество приведено к температуре резервуара R. Таким образом R исчез бы и в результате из запаса теплоты резервуара R была бы получена работа. Этот процесс можно было бы повторять сколь угодно часто, он представлял бы собой вечный двигатель второго рода и противоречил бы формулировке Томсона. Следовательно, если формулировка Томсона верна, то должна быть верна и формулировка Клаузиуса. [25]