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.

ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ

Много великих ученых во многих странах пытались разгадать тайну превращения тепла и работы. Поиски закона сохранения продолжа­лись столетиями. Вплотную подошли к закону сохранения, почти открыли его на опыте и... сами не поняли, что сделали, славные француз­ские ученые, о которых была речь выше.

Конечно, честь строгой формулировки и строгого доказательства первого закона при­надлежит Майеру и Джоулю. Но многим и мно­гим ученым надлежит воздать честь и принести благодарность за открытие первого закона термодинамики.

Второй великий закон термодинамики свя­зан только с одним именем. Его открыл молодой французский инженер Сади Карно.

Цикл Карно

Молодой инженер Карно рассчитывал и строил водяные двигатели. Но в это же время начали во Франции широко применять паровые машины, и важнейшей научно-технической зада­чей стало создать теорию тепловых машин.

К решению этой задачи приступил и Карно. Строго говоря, к этому он совсем не был подго­товлен. Он еще не мог знать, откуда берется работа в тепловых машинах, не знал, для чего нужна теплота, и считал, как его учили, что теплота — вещество. Но Карно был гениаль­ным исследователем и сумел правильно решить одну из труднейших задач естествознания: при каких обязательных условиях возможно превращение теплоты в работу?

Хорошо знакомый с расчетом водяных дви­гателей, Карно уподобил теплоту воде. Чтобы водяная мельница могла молоть зерно — рабо­тать, необходимо одно условие: вода должна падать с высокого уровня на низкий. Карно предположил: чтобы теплота могла совер­шать работу, она тоже должна переходить с высокого уровня на низкий, и разность высот для воды соответствует разности температур для теплоты.

В 1824 г. Карно высказал гениальную мысль: для производства работы в тепловой машине необходима разность температур, необходимы два источника теплоты с различными темпера­турами. Это утверждение — главное в теории Карно. Оно называется принципом Карно.

На основе открытого им принципа Карно придумал цикл идеальной тепловой машины,

Рис.   14.  Сади Карно  был очень моло­дым, когда открыл великий второй за­кон   термодинамики.

которую не может превзойти никакая другая машина. Этот цикл изучают теперь все будущие инженеры во всех вузах мира.

Придется его рассмотреть и нам. Такая машина никогда не была построена, ее даже вообще нельзя построить. Но ни одна когда-либо действовавшая машина не имела такого огромного значения для развития тех­ники, как эта придуманная молодым француз­ским инженером и неосуществленная.

В соответствии с принципом Карно мы дол­жны предположить, что располагаем источни­ком теплоты с высокой температурой (нагрева­телем) и холодильником с низкой температурой. В этом требовании, конечно, ничего необычайного нет: и топка (нагреватель) и холодильник обя­зательно есть во всякой тепловой машине.

Теперь представим себе цилиндр с поршнем. В цилиндре находится газ. Для расчета удобнее взять один моль идеального газа. (Сам Карно брал для этой цели воздух.) Предоставим инженерам-конструкторам придумывать детали механизма, который позволил бы использо­вать получаемую работу, и сосредоточим вни­мание только на самом главном и существен­ном для всякой машины — на ее рабочем цикле.

Как должна работать идеальная машина? Каким способом нужно нагревать газ, чтобы он, расширившись, мог совершить нужную нам работу?

Если при нагревании газа в цилиндре меж­ду нагревателем и газом установится хотя

154