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.

с помощью тепла получить наибольшее коли­чество работы — это важная задача термоди­намики.

Пример расчета очень важной работы

В качестве примера рассчитаем работу изо­термического расширения идеального газа. Хотя для этого и придется иметь дело с интег­рированием, пугаться не следует. Те из чита­телей, кто внимательно прочел 2-й том ДЭ, с этой задачей легко справятся.

Работа расширения любого тела, а сле­довательно, и любого газа при бесконечно ма­лом изменении его объема равна dA=pdv. По уравнению идеального газа pv=RT можно определить его давление:

p=RT/v.

Следовательно, работа расширяющегося иде­ального газа при бесконечно малом изменении его объема будет равна:

dA=RTdv/v.

V

И окончательно, работа, затраченная на рас­ширение одного моля идеального газа от мало­го объема vl до большого v2:

а это выражение равно:

А=RTln(v2/v1).

Это одна из наиболее важных формул термо­динамики. Области ее применения буквально неисчислимы. Стоит запомнить, что эта форму­ла существует.

Рис. 8. График, показывающий работу расширения газа. Эта работа определяется площадью, расположенной под кри­вой. График показывает изменение давления в зависимости от изменения объема в изучаемом процессе. На рисунке изображена работа, совершаемая газом при изотерми­ческом расширении. Работа обратного процесса — сжа­тие газа — такая же, но у нее обратный знак. Чтобы сжать газ, нужно совершить над ним работу.

Энергия

Повсюду, в любом теле, существующем в мире, при любой температуре, молекулы и атомы находятся в непрерывном движении. Сумма их кинетических энергий определяет тепловую энергию тела. Даже и при абсолют­ном нуле сохраняется молекулярное колеба­тельное движение. При абсолютном нуле вся­кое тело поэтому обладает энергией. Она так и называется нулевой энергией. Эта энергия очень мала, но пренебрегать ею нельзя: она играет очень важную роль в квантовых расче­тах химических равновесий.

Потенциальная энергия взаимодействия атомов в молекулах или в кристаллической решетке тела — это запас его химической энер­гии. Ее можно определять по-разному. Можно, например, подсчитать энергию, необходимую для того, чтобы разрушить вещество тела на отдельные молекулы, разорвав в нем межмо­лекулярные связи. Затем, нарушив межатомные химические связи, разделить молекулы на атомы и разбросать все атомы на бесконечно большое расстояние, так чтобы они не взаимо­действовали между собой. Только ни один инженер не согласится с таким способом под­счета энергии в топливе. Ему от такого способа, важного и нужного для теоретика, очень мало пользы. Инженер-практик предпочтет просто-напросто сжечь уголь и измерить количество выделившегося тепла.

Физик, подсчитывая энергию тела, задума­ется о ее запасах, скрытых в атомах, образую­щих тело. Он получит разные результаты, учи­тывая либо только энергию ядерного расщеп­ления, либо принципиально возможную, хотя пока еще недостижимую энергию аннигиляции.

Но ведь любое тело, брошенное наклонно вверх, пока летит, обладает, кроме того, соб­ственной кинетической энергией поступатель­ного движения и изменяющейся потенциальной энергией в поле притяжения Земли. Спутник, выведенный на орбиту, сохраняет приданную ему энергию. Упавший камень не остается в покое. Он участвует в сложном движении поверхности земного шара, вращаясь вместе с ним, летит вокруг Солнца, уносится вместе с солнечной системой в галактическом движе­нии, летит вместе с Галактикой в глубину космоса... Каждому движению соответствует своя доля энергии.

Чему же равна энергия тела? Теплотех­ник не обращает внимания на запасы химиче­ской энергии водяного пара. Ведь использо-

148