|
Соотношение обратимых и необратимых процессов можно проиллюстрировать на примере фильма о движении паровоза. Если мы будем смотреть такой фильм в обратном порядке и увидим, что поезд «пошел назад», то нам это не покажется неправдоподобным. Паровоз просто дал задний ход, и в этом нет ничего необычного: механические системы обратимы. Но вот в кадре дым паровоза: он образуется в пространстве и втягивается в паровозную трубу. Такое событие (и совершенно справедливо) кажется абсолютно невозможным – оно равносильно признанию возможности времени двигаться вспять. В данном случае речь идет о тепловом необратимом процессе, который принципиально отличается от механических обратимых процессов. 281 Классическая механика долгое время занималась исключительно моделированием обратимых систем. Механические процессы обратимы: уравнения механики, в которые входит время t, симметричны по отношению к этому параметру, т.е. возможна замена t на -t. Только с возникновением термодинамики, с изучением теории теплоты и молекулярных процессов физика перешла к познанию закономерностей необратимых систем. В XIX в. термодинамика развивается как теоретическая база теплотехники и как важная отрасль теоретической физики, объясняющая сущность тепловой энергии. Основы термодинамики закладывались еще в начале XIX в., когда конструкторов паровых машин интересовал важный в теории тепловых двигателей вопрос: существует ли предел последовательного улучшения двигателей? Многочисленные конструкции нужно было сопоставить с идеальным двигателем, экономичность которого рассматривалась как максимальная. От чего же зависит экономичность такого идеального двигателя? Ограничена ли она? Эти и ряд других вопросов поставил перед собой французский инженер Сади Карно, старший сын выдающегося деятеля Французской революции 1789 г., организатора ее побед Лазара Карно. С. Карно показал, что теплота создает механическую работу только при тепловом «перепаде», т.е. наличии разности температур нагревателя (T1) и холодильника (T2). Справедлива и обратная теорема: затрачивая механическую энергию, можно создать разность температур (T1-T2), которая определяет коэффициент полезного действия (кпд) тепловых машин. Максимально возможный кпд не зависит от природы рабочего вещества и конструкции идеального теплового двигателя; он определятся только температурами нагревателя и холодильника: кпд = (Т1-Т2)/Т1. Свои теоретические соображения Карно в конечном счете обосновывает невозможностью вечного двигателя, рассматривая это положение в качестве исходной аксиомы физики – первого начала термодинамики. — 220 —
|