Смысл необратимости

  Главная       Учебники - Компьютеры       Кибернетика - неограниченные возможности и возможные ограничения.  Итоги развития 

 поиск по сайту     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  ..

 

 

Смысл необратимости

Чтобы иметь возможность вычислить эту величину тепловой энергии, Клаузиус в 1865 г. ввел понятие энтропии. Оно стало кошмаром для множества поколений студентов и яблоком раздора для физиков.

Что такое энтропия? Термин происходит от греческого entrope и означает «замкнуть внутри». А с тех пор как его применил Клаузиус, он означает меру деградации какой-либо системы. Физик определяет энтропию как соотношение между количеством теплоты и абсолютной температурой. Если мы присмотримся к проблеме эффективности поближе, то поймем смысл энтропии: в оптимальных условиях все превращения энергии происходят на базе постоянной энтропии.

Если, например, тепловая машина располагает источником теплоты при 600 К, дающим ей 1200 кал, то энт-ропическое отклонение равно минус 2. Клаузиус утверждает, что работа машины будет оптимальной, если холодный источник будет иметь энтропическое отклонение, равное плюс 2. Иначе говоря: если источник холода находится при 350 К, то ему нужно добавить 700 кал. И только 500 кал превратятся в механическую работу. Такова по крайней мере максимальная эффективность, фактически же машина будет работать в менее благоприятных условиях, так что передаст источнику холода 800— 900 кал. В этом случае энтропия системы будет повышаться.

Итак, энтропия должна возрастать повсюду, где тепловые машины работают с КПД, меньшим теоретического, а превращение механической энергии в теплоту должно с точки зрения качества быть чистой потерей, проявляющейся в резком росте энтропии.

Это объяснение удобное, Но является ли оно достаточным? Имеет ли понятие «энтропия» физический смысл или же это только математическое построение?

Энтропию и второй закон термодинамики, часто называемый «принципом энтропии», действительно, поначалу принимали очень сдержанно. Но скоро кинетцческая теория газов осветила связи между теплотой и механической энергией, а это помогло понять роль абсолютной температуры в принципе Карно и в энтропии Клаузиуса.

Как известно, молекулы газа движутся со средней скоростью, характерной для каждой данной температуры. Строго говоря, энергия молекул пропорциональна абсолютной температуре, так что превращение теплоты в работу является лишь изменением формы: из состояния беспорядочной толпы энергия переходит в состояние марширующего отряда. Значит, температура — это механическая работа, рассеянная на молекулярном уровне.

Из хода самого процесса непосредственно выявляется смысл превращения работы в теплоту; мы поймем также, почему такое превращение оказывается необратимым: молекулы — отнюдь не индивидуумы, выбирающие себе направление по своей воле, а материальные частицы, которым нельзя внушить никакого порядка; иными словами, вернуться от неупорядоченности к упорядоченности для них невозможно. Случайно, конечно, могло бы оказаться, что все молекулы в данный определенный момент движутся в одном направлении; тогда тепловая энергия снова превратилась бы в механическую. Но простой расчет показывает, что вероятность подобного явления чересчур мала, чтобы принимать ее во внимание.

Таковы выводы, к которым постепенно приходили физики во второй половине XIX в. Физики поняли, что теплота и работа равноценны лишь количественно, а не качественно, так как теплоте свойственна «врожденная» неупорядоченность, а для перемещающегося предмета, все точки которого движутся одинаково, характерна именно упорядоченность.
 

 

 

 

 

 

содержание   ..  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  ..