Детская энциклопедия
Том 1. Земля. Том 4. Растения и животные. Том 7. Человек. Том 10. Зарубежные страны.
Том 2. Мир небесных тел. Числа и фигуры. Том 5. Техника и производство. Том 8. Из истории человеческого общества. Том 11. Язык. Художественная литература.
Том 3. Вещество и энергия. Том 6. Сельское хозяйство. Том 9. Наша советская Родина. Том 12. Искусство.

Место термодинамики среди других наук

Термодинамика своеобразна. Она многим отличается от других научных дисциплин, изучающих окружающий нас мир. Основанная на простых наблюдениях, на несложных опы­тах, она развилась в удивительно стройную науку, в основе которой лежит небольшое число основных законов.

Путем строгих логических заключений, ме­тодами чисто математических выводов термо­динамика устанавливает связь между самыми разнообразными свойствами вещества, позво­ляет на основании изучения одних, легко изме­ряемых величин вычислять другие, важ­ные и необходимые, но трудно измеримые или даже недоступные непосредственному измере­нию. Термодинамика, конечно, может быть по праву отнесена к физическим наукам, но в ней существуют разделы: химическая термодина­мика и техническая термодинамика. Это боль­шие самостоятельные дисциплины.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕРМОДИНАМИКИ

Системы, которые исследует термодинамика

Мир, в котором мы живем, полон тайн. Он неисчерпаем и безграничен. Как бы ни были велики успехи и достижения наук, изучающих Вселенную, и в большом и в малом, от необъят­ности Метагалактики до неуловимого нейтрино, все равно, чем больше наука познает мир, тем все шире раздвигается перед нею неизведанное.

Каждая наука, и термодинамика также, изучает свои определенные области, ограничи­вая их, и выделяя из необозримой сложности и многообразия всей совокупности бесчислен­ных процессов, протекающих в действитель­ности. Этим упрощается задача познания неиз­вестного. Иначе ни одна наука не могла бы работать.

Термодинамика изучает состояния системы некоторого определенного количества вещества. Что такое термодинамическая систе­ма? Каковы ее свойства? Что называется состоянием системы? Ответить на эти во­просы лучше всего конкретными примерами. Для термодинамика, изучающего химические реакции, системой будет та смесь многих реа­гирующих веществ в его приборе, где и протекают сложные химические превращения. Уче­ный-астрофизик назовет системой внутрен­ность гигантской звезды того класса, кото­рый он изучает. Залив моря, где происходят кристаллизация и выделение солей из мор­ской воды,— это тоже система для ученых, изучающих с точки зрения термодинамики соле­вые равновесия.

Перегретый пар под поршнем паровоза, взрывчатая газовая смесь паров горючего с воздухом в цилиндре двигателя автомашины, пары сверхвысокого давления в котлах тепло­вой электростанции — все это различные систе­мы, свойства и состояния которых изучаются термодинамикой.

Не следует думать, что системы, которые ученые изучают методами термодинамики, обя­зательно должны быть ограничены реальными твердыми стенками: например, бронированными стенками колонн, в которых проводится син­тез при высоком давлении на химическом заво­де, стенками стеклянной колбы в лаборатории химика, стальным цилиндром в двигателе паро­вой машины.

Исследователь может выделить изучаемую им систему воображаемыми мысленно грани­цами: он может рассматривать образование облака в атмосфере, процессы, происходящие в живой клетке организма, состояние вещества внутри звезды, следить за процессами, проте­кающими в реакторных трубах сложнейшего химического производства.

Система не может быть бесконечной

Термодинамика может изучать любые си­стемы, но одно условие обязательно: система должна быть конечной. Она может быть нич­тожно малой, такой, как, например, живая клетка, может быть гигантски большой, как звезда. Но система, изучаемая термодинамикой, не может быть бесконечной. Это очень важно. Поэтому выводы термодинамики не применимы ко Вселенной в целом.

Ее законы нельзя распространять не толь­ко на всю бесконечную Вселенную, но даже и на значительные области Вселенной, по­скольку процессы в них в сильной степени определяются полями тяготения.

Размеры систем, для которых применимы законы термодинамики, не могут быть и очень малыми. Эти законы утрачивают смысл для систем, состоящих всего из нескольких молекул.

137