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.

Рис. 2. Опыт Джоуля. Жид­кость в сосуде В перемешива­ется при адиабатических усло­виях мешалкой Ad. Источник работы — грузы Е и F. Гру­зы, опускаясь, вращают ме­шалку. Над системой (жид­кость, сосуд, мешалка) про­изводится работа. Температура системы поднимается. Чтобы восстановить первоначальную температуру, через стенки со­суда при неподвижной мешал­ке отбирают теплоту. Ее коли­чество измеряют. Цикл закон­чен, измерения произведены. Остается вычислить механиче­ский эквивалент теплоты.

Таким образом, Майер нашел, что для любо­го газа

Cp-Cv=R.

Это уравнение с тех пор носит его имя. Было известно, что величина

R=0,848 кг•м/моль•1°Ц.

Следовательно, 2 малые калории равны 0,848 кг•м работы. Нетрудно вычислить, что одна большая калория равна 426,6 кг•м.

Это число называют механическим эквива­лентом тепла.

Замечательный результат Майера был много раз подтвержден прямыми измерениями; осо­бенное значение имели опыты Джоуля, который измерял количество работы, необходимое для нагревания жидкости вращающейся в ней ме­шалкой. Одновременно измерялись и работа, затраченная на вращение мешалки, и теплота, полученная жидкостью. Как ни менялись усло­вия опыта, брались разные жидкости, разные сосуды и мешалки, результат был один и тот же: всегда из одного и того же количества рабо­ты получалось одно и то же количество тепла. Расчеты Майера и опыты Джоуля решили двух­вековой спор о природе теплоты.

В наши дни, когда и для теплоты и для рабо­ты применяется одна и та же мера, обе эти величины измеряются в джоулях. Доказанный

на опыте Майером и Джоулем принцип экви­валентности между теплотой и работой может быть сформулирован очень просто: во всех слу­чаях, когда из теплоты появляется работа, тра­тится количество тепла, равное полученной работе, и, наоборот, при затрате работы полу­чается то же количество тепла.

Этот замечательный вывод был назван пер­вым законом термодинамики. Согласно этому закону, работу можно превратить в теплоту и, наоборот, теплоту— в работу, причем обе эти величины равны друг другу.

Внимательный читатель, наверное, уже сам заметил, что это, конечно, справедливо только для кругового процесса, когда система совер­шает цикл и возвращается в исходное состоя­ние. Расчеты Майера и опыты Джоуля касались именно таких термодинамических циклов. В каждом случае при расчете учитывалось, что система (газ, жидкость) должна быть приведена к исходным условиям.

Таким образом, для любого кругового про­цесса совершенная системой работа А равна по­лученной системой теплоте Q (если измерять и теплоту и работу в одних и тех же единицах):

А=Q,    или    Q-А=0.

Это уравнение и выражает первый закон термодинамики: нельзя осуществить цикл, в котором система произвела бы работу и не получила бы теплоту.

152