История с энтропией

 

III. ДРУГОЙ СЛУЧАЙ НЕОБРАТИМОСТИ: ТЕПЛОВАЯ МАШИНА.

Перейдем теперь к изложению того нового, что было понято при анализе еще одной существенной группы термо­динамических явлений [12], которой не коснулся Смолу­ховский и которой ведущие теоретики, за исключением Л.Сциларда [13], в ХХ веке полностью пренебрегли.

Существуют две группы термодинамических явлений, в связи с которыми имеются две специальные формулировки второго закона термодинамики (считающиеся в конечном счете эквивалентными).

1) Это закономерности работы тепловой машины, на основании которых и было впервые введено понятие энтро­пии. Второй закон термодинамики утверждает относительно тепловой машины, что она может работать только при наличии разности температур, т.е. кроме нагревателя, за счет энергии которого машина совершает работу, ей требуется еще и некоторый особый инструмент, орудие производства - холодильник (с температурой более низкой, чем у нагревателя), которому неизбежно должна быть передана часть энергии нагревателя. Поэтому коэффициент полезного действия (КПД) тепловой машины обязательно ниже 100% - это даже при отсутствии трения.

Таким образом, холодильник позволяет (помогает, обеспечивает способ) тепловой машине переводить тепловую энергию (кинетическую энергию частиц газа) в какой-либо вид механической работы, но берет за это плату и изменяется сам, причем, к сожалению, так, что при конечной мощности (энергетической вместимости) нагревателя и холодильника КПД постепенно уменьшается и стремится к нулю. В процессе работы нагреватель охлаждается, а холодильник нагревается, и так до тех пор, пока температуры не сравняются, после чего тепловая машина окажется без холодильника и уже не сможет работать несмотря на то, что тепловая энергия у нагревателя и холодильника еще имеется.

2) Другая формулировка второго закона гласит: замкнутая изолированная система стремится к равновесию. Примеры очевидны: неоднородности плотности, давления, температуры газа внутри сосуда сглаживаются, температуры при тепловых контактах выравниваются и без тепловой машины. Итог тот же: тепловая машина в конце концов не сможет работать, так как не будет холодильника. Смолухов­ский исследовал именно эту группу явлений - поведение неравновесных систем.

Ввиду практической эквивалентности разных форму­лировок второго закона термодинамики и предельной ясности принципов действия тепловой машины, видимо, посчитали, что анализ ее работы не даст ничего нового. На самом же деле это не так. Среди характеристик ее работы есть одна, которая не появляется при рассмотрении поведения неравновесных систем и само название которой должно было бы насторожить объективистски настроенных физиков, если бы они были достаточно критичны. Это коэффициент полезного действия. Почему это вдруг в физике, объектом изучения которой считаются вещество или его части как они есть сами по себе, встретилось понятие “полезный”? Кому или чему полезный - системе как она есть, изучение которой является целью физики? Но, по-видимому, самой физической системе должно быть все безразлично! Кому же не все равно, что для совершения работы может быть использована только часть энергии нагревателя, в то время как остальная часть будет потеряна в холодильнике? И как это потеряна, она ведь сохранилась? Откуда появляется разбиение энергии (которая за исключением затраченной на совершение работы сохранилась полностью) на части по качественному критерию полезности? Кто или что произво­дит разбиение? Разумеется, производит такое разбиение пользователь.

Это первый субъективный момент: источник требова­ния разбиения энергии на сорта по разнице качества - человек. КПД без субъекта не возникает. Частицам, их набору (системе) и самой энергии абсолютно безразлично, как она распределится, лишь бы сохранялась.

Дальше. Почему же человек так подразделяет части энергии? Потому, очевидно, скажут, что одну часть он может использовать для своих целей, например, на подъем ведра воды, а ту часть энергии частиц, которая перешла в холодильник, не может, не способен использовать. Скажут еще, что все это давно известно и ничего нового тут открыть нельзя. Но это неверно. На этом ровном месте можно еще многое увидеть, если разобраться подробнее.



 
2007-2017. © В.Б. Губин - собрание книг автора.
Для связи с администрацией используйте форму обратной связи