|
Меню сайта
Статистика
|
Второе начало термодинамикиВторое начало термодинамикиА что будет, если тот же самый цикл Карно, работающий с идеальным газом, провести наоборот? Это сообразить нетрудно. Такая машина заберет тепло от холодильника, превратит полностью в тепло затраченную на осуществление цикла работу и сумму теплоты отдаст нагревателю. Получится холодильная машина. Представим себе, что у нас две машины. Обе работают по одинаковому циклу Карно, между одними и теми же температурами. У обеих машин и нагреватель и холодильник общие. В одной из них работает идеальный газ, а во второй — любое другое вещество. Будут ли коэффициенты полезного действия этих машин одинаковыми или разными? Допустим сначала, что коэффициенты полезного действия двух таких машин различны. Все равно у какой машины к.п. д. больше, какая машина лучше — та, в которой работает идеальный газ, или же та, в которой содержится какое-то другое вещество. Проделаем с обеими машинами следующий сложный цикл. Машину, у которой к.п. д. больше, заставим совершить нормальный цикл. За счет части тепла, взятого от нагревателя, получим работу, а остальную часть тепла отдадим холодильнику. Вторая машина хуже, ее коэффициент полезного действия меньше. Мы получили бы от этой машины за счет такого же количества тепла, взятого от нагревателя, меньше работы и больше тепла передали бы холодильнику. Но мы заставим ее работать в обратном направлении, как холодильную машину. В этом случае она заберет от холодильника больше тепла, чем отдаст ему первая машина, затратит на это меньше работы, чем получено в первой машине, а нагреватель получит обратно ровно столько же тепла, сколько забрала первая машина. И в результате нагреватель останется без изменения. Теперь соединим обе машины вместе и заставим первую приводить в действие вторую. При этом в нашем распоряжении останется избыток работы. Обе вместе они будут представлять собой такую машину, которая черпает тепло из холодильника и превращает его в работу. Этот результат, конечно, не противоречит первому закону термодинамики. Но если бы это было возможно, мы могли бы построить вечный двигатель, который работал бы вечно за счет неисчерпаемых запасов энергии, скрытых, например, в Ледовитом океане, в воздухе, в любом море — где угодно. Такая машина названа вечным двигателем второго рода. Второй закон термодинамики утверждает, что вечный двигатель второго рода невозможен. Такое утверждение, конечно, только пересказ принципа Карно и сведений больше, чем этот принцип, не содержит. Следовательно, коэффициент полезного действия машины, работающей по циклу Карно, не может зависеть от вещества, работающего в цикле. Для тепловой машины, работающей по циклу Карно с любым веществом, максимально возможный коэффициент полезного действия должен быть все равно равен
Это поистине удивительное уравнение. Ему подчиняется вся современная техника. Из-за него в наше время уходят с железных дорог на слом паровозы. В котле паровоза нельзя нагреть воду до достаточно высокой температуры, и нельзя от сжигаемого топлива получить много работы. Паровозы невыгодны. В двигателях внутреннего сгорания температура в цилиндрах гораздо выше, и поэтому они более экономичны. Это простое и ничем с виду не примечательное уравнение заставляет теплотехников строить котлы на электростанциях с максимально возможным высоким давлением, что само по себе совершенно не необходимо. Нужна высокая температура. Но что поделаешь, если упругость водяного пара очень быстро растет с повышением температуры.
Это уравнение заставляет металлургов вырабатывать сверхпрочные жаростойкие стали, конструкторов — создавать новые многоступенчатые турбины сверхвысокого давления, чтобы получать огромную мощность. Химиков оно заставляет разрабатывать для космических ракет новое горючее с максимально высокой температурой горения.
|
ПОИСК
Block title
|
