Температура - Смородинский Я.А.
Скачать (прямая ссылка):
очень трудно. Принцип возрастания энтропии - это свойство нашего
микромира, которое, быть может, и нельзя свести к другим, более простым
законам.
Возрастание энтропии определяет и направление времени. Радиоактивный
распад, торможение парашютиста, расход энергии пружины заведенных часов
(или энергий электрической батареи) и, в конце концов, старение всех нас
- все эти процессы происходят в одну и ту же "сторону", благодаря им мы
отличаем будущее от прошедшего. Удивительно, что во всей известной нам
Вселенной время течет в одну сторону. Рождение для всех наблюдателей
предшествует гибели, причина никогда и нигде не опережает следствий.
Всюду, всегда энтропия растет, задавая "стрелу времени" - так иногда
называют то, что отличает "вчера" от "завтра".
ХОЛОДИЛЬНИК
Хотя обратимость циклов в тепловой машине использовалась во многих
рассуждениях и теориях, очень долго никому не приходило в голову, для
93
чего может понадобиться на практике тепловая машина, которая работала бы
в обратном направлении. Почему-то идея комнатного холодильника возникла
сравнительно недавно. Комнатный холодильник, набитый льдом, появился в
квартирах лишь в середине прошлого века, а электрический холодильник,
который стоит сейчас почти в каждой кухне, появился в продаже лишь в
первых десятилетиях нашего века.
Если оставить в стороне конструктивные соображения, то холодильник
работает по тому же принципу, что и тепловая машина, только все операции
проводятся в обратном порядке. Цикл С заменен на цикл С1 (рис. 21).
При изотермическом расширении на этапе вг тепло AQ2 от холодильника
переходит к охлаждающемуся газу. Дальше газ адиабатически сжимается до
давления, отвечающего точ-ке б, в которой газ вступает в кон-V такт
с нагревателем (комнатой) и где
Рис. 21. Цикл хо- он в процессе изотермического сжатия
лодильника, д0 точки а передает нагревателю (в
действительности - просто воздуху комнаты) тепло AQX. На это
затрачивается работа. На последнем этапе газ адиабатически расширяется и
"возвращается" в точку в. В холодильном цикле на участке вба работает
компрессор (в прямом цикле это был цилиндр с поршнем, который служил
источником работы). Вместо компрессора в старых холодильниках давление
газа повышалось нагреванием, после нагревания газ вытекал, расширяясь, в
практически пустой сосуд. При расширении его температура уменьшалась.
Комнатный холодильник охлаждает продукты и нагревает комнату. Когда-то,
когда холодильники только входили в быт, рекламировалась электрическая
плита, которая поворотом рукоятки превращалась в холодильник. Была ли эта
плита удобна и хороша, неизвестно, но она прекрасно демонстрировала
основную идею обратимого цикла Карно.
Для холодильника не очень просто определить величину, подобную
коэффициенту полезного действия у теплового двигателя. На диаграмме TS
(рис. 22) видно, что от холодильника отнимается тепло AQ2, а нагревателю
отдается тепло AQX; избыток пополняется работой,
94
совершаемой компрессором. Эту работу, казалось бы, можно сделать сколь
угодно малой, если бы разность температур нагревателя и холодильника
также была бы достаточно малой. Однако на практике нагреватель задан.
Температура нагревателя-это температура комнаты. Ясно, что в очень
холодной комнате охладить продукты легче, чем в жарко натопленной, и в
зависимости от условий затраченная работа может сколько угодно превышать
количество отобранного тепла, как это легко видеть на рис. 23.
А=пл(абвг) Отнятое телло= =пл(дз$е)
Рис. 22. Работа холодильника (не обязательно цикл Карно!).
7 Т
8 в
е _
S
. _ пл(ВгВе) пл(аШ)
Рис. 23. Эффективность холодильника.
Отношение величины произведенной работы к величине отобранного у
холодильника количества тепла, которое характеризует эффективность
холодильника, может быть очень малым, если холодильник лишь слегка
понижает температуру, но может быть и сколь угодно большим, если
требуемая разность температур должна быть большой. Вряд ли стоит называть
величину, которая может иметь любые значения от нуля до бесконечности,
коэффициентом полезного действия. Ее принято называть эффективностью.
НАСОС ТОМСОНА
Сейчас никого не удивляет, что холодильник нагревает комнату. Из второго
начала термодинамики следует, что нельзя построить прибора, который бы
охлаждал какой-то объем, не затрачивая совсем работы.
95
Было бы хорошо иметь кухонный комбайн, который замораживал бы продукты и
варил обед, не требуя питания от сети. Это, однако, запрещено вторым
началом термодинамики.
Но если не требовать от холодильника невозможного, а поставить перед ним
более простую задачу обогрева кухни, в которой он стоит, то он, казалось
бы, может это сделать почти бесплатно. Такую на первый взгляд странную
установку придумал Томсон (Кельвин). Он ее назвал тепловым насосом.
Если на кухне есть балкон, то можно поставить холодильник в пролет двери,
дверцей на улицу, а задней стенкой в кухню. Откроем дверцу холодильника и
включим его в сеть. Холодильник будет перекачивать тепло, охлаждая улицу
