Принцип Томсона
Вильям Томсон дал такую формулировку второго начала: "Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет охлаждения теплового резервуара". Воображаемый круговой процесс, единственным результатом которого является производство работы за счет внутренней энергии теплового резервуара, называется процессом Томсона. Второе начало утверждает невозможность процесса Томсона. Под тепловым резервуаром понимают тело или систему тел, находящихся в состоянии термодинамического равновесия и обладающих запасом внутренней энергии. Тепловой резервуар сам работы не совершает, а может только передавать внутреннюю энергию в виде теплоты другому телу или системе тел. Если последняя система производит работу за счет внутренней энергии теплового резервуара, то она называется рабочим телом. В формулировке существенно указание, что процесс должен быть круговым. В самом деле, возможен процесс (но не круговой), единственным результатом которого является производство работы за счет внутренней энергии, заимствованной у теплового резервуара. Планк приводит следующий пример такого процесса. Пусть в цилиндре с поршнем находится идеальный газ. На поршне лежит груз. Дно цилиндра приводится в тепловой контакт с достаточно большим тепловым резервуаром, температура которого превышает температуру газа на бесконечно малую величину. Если теперь бесконечно малыми порциями разгружать поршень, то газ будет изотермически расширяться, производя работу по поднятию груза. По первому началу Q = U 2 – U 1 + A. Внутренняя энергия идеального газа U зависит только от температуры, которая в данном процессе не меняется. Поэтому U 2 = U 1 и Q = A. Таким образом, теплота Q, заимствованная у теплового резервуара, полностью перешла в работу A по поднятию груза. Это не противоречит второму началу. Дело в том, что данный процесс не круговой. Вот если бы удалось каким угодно способом, оставляя груз в поднятом положении, сжать газ, приведя его в начальное состояние, и вернуть поршень в исходное положение таким образом, чтобы во всех остальных телах (за исключением теплового резервуара, часть внутренней энергии которого пошла на производство работы) не произошло никаких изменений, то тогда получилось бы противоречие со вторым началом, отрицающим возможность сделать это.
|
