> Энциклопедический словарь Гранат, страница > Трение есть один из примеров превращение механической энергии в Т

Трение есть один из примеров превращение механической энергии в Т

Трение есть один из примеров превращения механической энергии в Т .; другой подобный пример мы имеем при сжатии идеального газа, где в Т. превращается работа сжатия, видимого уменьшения объёма. У тел всякого типа в подобном случае в Т. превращается—сверх работы видимого сжатия—и часть эпергии, обусловленной внутренними притягательными силами между молекулами. Поэтому и наоборот, если, например, неидеальный газ нагревается при постоянном давлении, то сообщаемая газу Т. тратится частично и на преодоление сил молекулярного притяжения. Ясно также, что если идеальный газ расширяется в пустоту, след, никакого внешпего давления не преодолевает, то он охлаждаться не должен, а наблюдаемое в таком случае охлаждение действительных газов имеет своей причиной проявление молекулярных сил и может служить их мерою.

В разбираемых случаях создание и исчезание Т. не всегда может быть замечено. Именно, если процесс сжатия или расширения идет достаточно медленно и если тела, с которыми мы экспериментируем, не изолированы от других тел (например, воздуха), то появляющаяся в теле Т. может утекать наружу, а исчезающая пополняться притоком извне, так что температура тела может нам представиться неизменяющейся. Мы имеем тогда т. и. изотермический процесс. Если же мы поставим наше тело в такие условия, что обмен тепла между ним и иными телами исключен (приблизительно это осуществится, если процесс в теле протекает достаточно быстро, так что для притока или оттока Т. не будет времени),—мы будем иметь процесс, наз. адиабатным, и при нем нагревание и охлаждение тела будет заметно.

При известных внешних условиях всякое вещество, вообще говоря, представляется нам в одном из трех, пови-димому, совершенно непохожих одно на другое, аггрегатных состояний: твердом, жидком, газообразном. Различие между этими состояниями в общем сводится главным образом к различию в среднем расстоянии между молекулами и в величине междумолекулярных сил. Отвлекаясь от явлений изменения молекулярного строения (так называемым процессы ассоциации и диссоциации), можно сказать, что при переходе тел из твердого состояния в жидкое и затем в газообразное, среднее расстояние между молекулами увеличивается, а молекулярные силы ослабевают. Отсюда ясно, что эти процессы (плавление и,испарение) не могут идти без затраты на них энергии. Однако, в частных случаях эти процессы могут иногда протекать так быстро, что извне энергия поступать не успевает: тогда на процесс тратится энергия самого же тела, то есть его собственная Т., так что тело при этом охлаждается. Так охлаждается жидкость при быстром своем испарении и может при этом далее затвердеть. Вообще нее говоря, подобные процессы идут сравнительно медленно, и тогда они протекают изотермически, за счет Т., доставляемой телу извне. Соответственно старым взглядам на Т., как на вещество неуничтожаемое и несоздаваемое, количество Т., нужное для плавления или испарения, по не обнаруживаемое термометром, получило название скрытой Т. плавления или испарения. При обратном процессе затвердевания или сжижения эта скрытая Т. выделяется назад.

Однако, термин „скрытая Т.“ не соответствует современному представлению о Т. как об энергии хаотических молекулярных процессов. Именно, Т., взятая из нагревателя для плавления или испарения, не остается в теле, как Т.; она превращается там в работу, а не просто „скрывается“. Точно так же при процессах затвердевания и сжижения Т. не появляется из скрытого состояния, а создается вновь из механической работы.

Механическое представление о Т., приведшее к учению об эквивалентности Т. и энергии, включило тепловые явления в разряд процессов, подчиненных закону сохранения энергии. Однако, этот закон носит чисто ограничительный характер, указывая лишь, чего в природе не должно быть (исчеза-ния или создания энергии), но ничего не говорит о том, в каком направлении должны протекать физические явления. Между тем внимательное изучение этих явлений обнаружило в них стремление протекать в определенных направлениях. Именно, так протекают в природе процессы, называемые самопроизвольными, то есть идущими сами но себе, без воздействия извне. Сюда относятся, наир., диффузия (смотрите), переход Т. от горячих тел к холодным, многие химические реакции. В этих процессах энергия не теряется и не приобретается, но может лишь менять свой вид, свою форму. Однако, данное количество энергии для нас не всегда одинаково в смысле пользы, в смысле ценности, потому что мы не при всех условиях можем использовать его для получения механической работы. Это обстоятельство стоит в связи с тем, что все процессы в природе, строго говоря, необратимы, то есть не могут быть по нашему произволу выполнены и в одном и в противоположном направлениях—при прочих равных условиях.

Пусть мы, например, быстро сжимаем газ и тем его нагреваем; очевидно, расширяя газ в тех же пределах, мы его охладим, и, повидимому, этот процесс обратим. Однако, на самом деле это один из процессов лишь почти обратимых, ибо, как бы мы ни осуществляли такое расширение и сжатие газа, будет при этом стираться и нагреваться поршень и тому подобное. Энергия, затраченная на сжатие, не восстановится целиком при расширении газа: ее часть, хотя и малая, уйдет для нас непроизводительно, мы ее собрать не можем, она затрачена, рассеяна, хотя закон сохранения энергии и не нарушен. Чем менее это рассеяние энергии, тем совершеннее обратимость процесса, и с этой точки зрения смешение горячей воды с холодной есть пример совершенно необратимого процесса. Из полученной смеси воды некоторой средней температуры мы не можем получить прежней горячей воды без затраты работы.Здесь энергия рассеялась, обесценилась для нас потому, что Т. высокой температуры превратилась в Т. низкой.

1.000 мал. калорий при 100°С и 1.000 мал. калорий при 0° С, это—все те же 427 килограммометров энергии; первый закон термодинамики не делает никакого различия между этими количествами Т. Однако, Т. при 100°С и при 0°С—не одно и то же, и в установлении этого положения заключается второй закон термодинамики. Именно, два равные количества Т. неодинаковой температуры не равноценны для получения из них механической работы. В самом деле, превращение Т. в работу осуществляется при помощи тепловых двигателей. В этих машинах Т., заставляя расширяться пар или газ, приводит в движение поршень, а это движение затем утилизируется. Так как пар или газ должен быть нагрет, то, очевидно, надо иметь тот или иной источник тепла („нагреватель11), из которого берется количество Т. Q. Но для непрерывной работы машина должна, совершив ряд изменений своих состояний, периодически возвращаться в начальное состояние, то есть должна выполнять известный цикл изменений (смотрите цикл Карно). Значит, если в определенной стадии работы машины вещество нагревается, получая количество тепла Q, то непременно должна быть и такая стадия цикла, когда вещество охлаждается. Является необходимость иметь „холодильник“ (резервуар тепла более низкой температуры, чем нагреватель), куда вещество отдает некоторое количество Т. q.