|
|
|
|
|
|
||
I. Сравнение тепловой машины и водяной мельницы показывает, что потенциальная механическая энергия может полностью перейти в кинетическую, а потенциальная тепловая энергия нагревателя не может быть полностью превращена в механическую работу - часть энергии должна остаться холодильнику, и КПД тепловой машины меньше 100%.
II. В начале XIX века возникла термодинамика - наука о превращении тепловой энергии в механическую, и основная проблема термодинамики состояла в объяснении, почему нельзя построить тепловую машину с КПД, близким к 100%.
В 1824 году французский инженер Карно сформулировал первое (закон сохранения энергии) и второе начала термодинамики. Последнее гласило, что наибольший КПД теплового двигателя не зависит от рабочего тела и определяется только температурой, в пределах которой работает двигатель.
III. В 1864 году немецкий физик Клаузиус ввел понятие энтропии S=
Q/T, где Q - тепловая энергия, потребляемая нагревателем, Т - его абсолютная температура, и установил, что энтропия S может только возрастать, в то время, как остальные физические параметры Q, T, P и т. д. могут изменяться в любую сторону. Было сформулировано следующее положение: энергия во Вселенной сохраняется, а энтропия растет. (Есть еще одна физическая величина, которая может меняться только в одну сторону - время. Говорят, что стрела времени и стрела энтропии направлены в одну сторону.)
IV. Объяснил такое странное поведение энтропии австрийский физик Больцман в 1896 году. Он установил связь между величиной энтропии S и статистическим весом системы P (числом способов осуществления данного состояния): S = k ln P, где k = 1.38 10-23Дж/К - постоянная Больцмана.
V. Больцман показал, что наиболее вероятное состояние системы соответствует равномерному распределению частиц, элементов, молекул в пространстве, т. е. выравниванию всех различий. В конечном итоге температуры, давления, скорости и т. д. должны выровняться и придти в однородное состояние. Эта концепция получила название "тепловой смерти Вселенной".