физическое состояние и строение всех ее частей,
движение всех ее молекул — все вернулось к исходному положению и с нашей системой
ничего не произошло.
Но ведь в процессе цикла была совершена работа либо
самой системой (при расширении пара), либо над системой (при сжатии газа).
Сумма всех работ на всех этапах цикла — это и есть полученная работа. Кроме
того, поглощалась теплота (при испарении воды) или она выделялась (при
конденсации пара). Сумма всей теплоты на всех этапах цикла — это поглощенная системой теплота.
Что же все-таки в итоге цикла произошло? Куда исчезла
теплота? Откуда взялась работа?
ЗАКОН ТЕРМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ
Закон термического равновесия основан на опыте. Открытие
его не связано с именами выдающихся исследователей и с определенной датой. Он
был установлен еще до того, как было завершено создание термометра.
«Применение термоскопов научило нас следующему: пусть
1000 и более различных родов материи — металлы, камни, соли, дерево, пробка,
перья, шерсть, вода и ряд других жидкостей — имеют вначале различные
температуры. Поместим все эти тела в комнату без огня, не освещенную солнцем.
Более горячие из этих тел будут охлаждаться, более холодные нагреваться в
течение дня или нескольких часов. По окончании этого периода приложим термоскоп
последовательно к каждому телу: показания термоскопа для всех тел будут одинаковыми».
Так наглядно сформулировал этот закон живший во второй половине XVIII в. исследователь Дж. Блек, которому термодинамика обязана многими
крупными открытиями.
Нас не удивляет, когда мы теперь, глядя на термометр,
говорим, что у больного повышенная температура. Ведь термометр показывает
свою собственную температуру. Ей равна температура тела, с которым термометр
находился в термическом равновесии.
«Два тела, находясь в термическом равновесии с третьим
телом, находятся в термическом равновесии и между собою. Это вовсе не само
собой понятно, но очень замечательно и важно»,— так сказал о законе
термического равновесия замечательный физик нашего времени Макс Планк. Таким
образом, закон термического равновесия — это эмпирический
(опытный) закон. Мало того, этот закон не только не
очевидный, сам собою разумеющийся, но и всего лишь приближенный закон.
Теперь, в результате применения теории относительности к
термодинамике систем, находящихся в сильных полях тяготения, выяснено, что в
таких системах при термическом равновесии температура в разных частях должна
быть различной. В центре гигантской звезды, даже если она находится в
термическом равновесии, температура должна быть выше, чем на ее поверхности.
Химик и физик, работающие в земных условиях, могут
спокойно руководствоваться законом термического равновесия, но астрофизику,
изучающему Вселенную, приходится вносить в него существенные поправки.
Детская энциклопедия. Том 3. Вещество и энергия. Страница 150.
В 1807 г. физик Гей-Люссак, изучавший свойства газов,
поставил простой опыт. Этому опыту было суждено сыграть особую роль в истории
термодинамики. Случилось так, что при этом опыте присутствовали его друзья — два выдающихся исследователя: физик и математик
Лаплас и химик Бертолле. Имена этих французских ученых знают теперь все
школьники мира.
Давно было известно, что сжатый газ, расширяясь,
охлаждается. Правда, никто не знал почему. Гей-Люссак предположил, что это
может происходить потому, что теплоемкость газа зависит от его объема. Он решил
проверить это и заставил газ расширяться в пусто-
Рис. 11. Опыт
Гей-Люссака. В стеклянном двенадцатилитровом баллоне А находился воздух, из такого же баллона В воздух выкачан. С и D— чувствительные термометры. После открытия крана Е воздух перетекает в баллон В, пока в
обоих баллонах не устанавливается одинаковое давление, Температура в баллоне А
понижается ровно на столько, на сколько она повышается в баллоне В. Если массы
газа, находящиеся в обоих баллонах, смешать, температура расширенного газа
будет равна первоначальной температуре газа, имевшего меньший объем.