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.

Это математическое выражение третьего зако­на позволяет провести полный расчет химиче­ской реакции, не проводя никаких предвари­тельных экспериментальных исследований хи­мического равновесия. Решая проблему син­теза алмаза, исследователи были освобождены благодаря третьему закону от необходимости предварительно изучить хотя бы одно равно­весие между алмазом и графитом. Раз и на­всегда, для любой системы, а следовательно, и для алмаза стало известным изменение энт­ропии при абсолютном нуле, хотя, как мы знаем, он недостижим.

На этом примере мы и рассмотрим, как решается термодинамикой расчет возможности осуществить новое, неизвестное химическое превращение,

В основе расчета теперь лежит знание, как изменяется энтропия при переходе графита в алмаз при абсолютном нуле. По третьему закону, это изменение равно нулю. Зная тепло­емкости графита и алмаза в пределах от абсо­лютного нуля вплоть до высоких температур, всегда можно вычислить, как изменяется энтро­пия при превращении графита в алмаз при любой температуре.

По уравнению состояния графита и алмаза можно вычислить изменение энтропии и для любого давления.

Далее нужно еще знать теплоту перехода графита в алмаз (чтобы вычислить изменение энтропии источника теплоты). Ее можно найти, измерив теплоту сгорания и графита и алмаза. Из этих данных, по закону Гесса, легко нахо­дится теплота перехода, нужная для расчета.

По известным теплоемкостям и по уравне­нию состояния можно пересчитать теплоту пе­рехода от ее значения при обычных условиях на любые значения температуры и давления.

Таким путем и могут быть получены все данные, необходимые для того, чтобы можно было предсказать условия, при которых воз­растает общая энтропия в процессе превращения графита в алмаз, при которых может, следова­тельно, происходить самопроизвольное образо­вание алмаза.

Этот термодинамический расчет требует пред­варительных точнейших исследований теплоемкостей, точного знания уравнений состояния в очень широких пределах температуры и дав­ления. Но такой термодинамический расчет был проведен советскими исследователями, и этот расчет полностью оправдался. Недавно в

СССР был с успехом осуществлен промышлен­ный процесс синтеза алмазов. Без термодина­мики это было бы невозможно.

Полмиллиарда уравнений

Термодинамика основана всего на четырех законах. Эти законы представляют собой обоб­щение огромного опыта, накопленного наукой в течение столетий.

Пользуясь могучим аппаратом математики, и в первую очередь методами дифференциаль­ного исчисления, термодинамика устанавли­вает связи между самыми разнообразными явле­ниями и процессами. Ее всеобщие законы приложимы ко всем отраслям физики и химии: к свойствам газов, жидкостей и твердых тел, к химическим реакциям, к магнитным и элект­рическим явлениям. Они приложимы к гранди­озным космическим процессам, изучаемым астро­физикой. Ее выводы неоспоримы и незыблемы.

Один известный ученый подсчитал общее число уравнений, которые могут быть полу­чены термодинамикой: их число оказалось невообразимо большим — свыше пятисот мил­лионов уравнений. А ведь каждое из них отражает реальную закономерность, действи­тельную связь между свойствами вещества, между явлениями, протекающими в нашем ре­альном мире. Без термодинамики не было бы и не могло бы быть современной теплотехники, не было бы химической промышленности, не было бы металлургии, не существовала бы, в част­ности, и промышленность удобрений. Синтез аммиака из водорода и азота, синтез искусст­венного жидкого топлива, синтез алмазов — во всем этом проявилась мощь термодинамики. В совокупности знаний, без которых нельзя вы­вести на орбиту космический корабль, термо­динамика занимает важное место.

Без помощи термодинамики не может обой­тись ни одна область естествознания, ни одна точная наука. В области своего применения термодинамика обладает такой большой воз­можностью предсказания, что по справедливо­сти может быть названа «грядущего вестником». Тот, кто знает и любит термодинамику, овла­дел ее методами и научился их применять, по­истине может быть назван современным кудес­ником.

Термодинамику должен изучить каждый, кто любит науку, какой бы из отраслей знаний он ни собирался посвятить свою жизнь.

СВЕТ

Задумывались ли вы над тем, что все живое на Земле существует только благодаря лучистой энергии солнечного света? Если бы на нашей планете не было атмосферы, которая отражает и лишь частично поглощает энергию Солнца, поверхность земного шара там, где солнечные лучи падают на нее отвесно, получала бы за ми­нуту 8,37 дж (2 калории) на 1 см2. Эта величина называется солнечной постоянной и измерена с большой точностью вне атмосфе­ры Земли с помощью ракет.

Если учесть, что Солнце освещает только половину поверхности земного шара (рис. 1), мож­но подсчитать, что за секунду оно посылает на нашу планету энергию, которая выделилась бы при сгорании 40 млн. т каменного угля! Круп­нейшая в мире электростанция могла бы вы­работать такое количество энергии лишь за 30 лет. Без солнечного света Земля стала бы об­леденелым, безжизненным космическим телом. На Земле нет других в какой-то мере сравни­мых с солнечным светом источников энергии.

Растения, а значит, и все живое существуют за счет энергии Солнца. Сжигая в печах камен­ный уголь и нефть, мы расходуем энергию сол­нечного света, когда-то запасенную растениями. Включая электрическую лампочку, электро­мотор, мы потребляем солнечную энергию: в свое время вода, вращающая турбины гидро­электростанции, была превращена солнечной энергией в пар и перенесена в тучах на возвы­шенности.

На Землю падает лишь около четырех деся­тимиллиардных долей энергии, излучаемой Солн­цем. А вся его энергия образуется в результате термоядерных процессов. Масса солнечного веще­ства непрерывно превращается в энергию. При этом 1 г массы равнозначен энергии, выделяю­щейся при сгорании 20 000 т угля.

Мы не знаем точно, как именно преобразует­ся масса Солнца в энергию. Ясно только, что это происходит в термоядерном процессе (см. главу «Химия Вселенной» в ст. «Великий закон»). И, кро­ме того, мы знаем: энергию этого гигантского «термоядерного реактора» доставляет на Землю свет.

ЧТО МЫ ПОНИМАЕМ ПОД СЛОВОМ «СВЕТ»

Итак, свет — это поток энергии. Энергия может передаваться по-разному, в частности колебательными процессами. Пока что мы будем рассматривать свет как электромагнитное излу­чение, такое же, как радиоволны, но волны его гораздо короче. В фотометрии — науке, изу­чающей световые лучи,— светом называется электромагнитное излучение, ощущаемое глазом человека. Такое излучение дают волны, длина которых лежит в диапазоне между 0,39 и 0,75 мк. В этой статье к понятию «свет» отнесены и не видимые глазом лучи, т. е. светом названы элек­тромагнитные излучения с длинами волн, выхо­дящими за эти пределы. Ведь и академик С. И. Вавилов в книге «Глаз и Солнце» писал: «Существует бесконечное разнообразие явле­ний, которые нам придется назвать световыми и которые невидимы».

СВЕТОВЫЕ ЛУЧИ

В однородной среде свет распространяется прямолинейно. Эта истина была известна более

168