Сторінка
3

Термодинаміка — форми енергії і процеси її перетво¬рення в природних і технологічних системах

Збільшуючи об’єм, газ пересуває поршень і виконує механічну роботу, переборюючи зовнішній атмосферний тиск і зменшуючи власну внутрішню енергію. При цьому, як було показано вище, його температура пропорційно теж зменшується. І знов запитання. Чи виконуватиметься робота будь-яким тілом (системою), якщо воно не буде натрапляти на зовнішній опір, наприклад, за розширення газу?

Питання цікаве. Ще на початку минулого сторіччя Гей-Люссак продемонстрував дослід, що в ньому стиснене повітря переходило з однієї посудини в іншу, де повітря не було. На подив присутніх температура повітря не змінилася. Отже, як ми тепер знаємо, не змінилася внутрішня енергія і робота не виконувалась. Пізніше німецький лікар Роберт Майєр пояснив це явище, довівши, що робота і теплота можуть еквівалентно перетворюватись одна в одну. Було помічено, що за нагрівання однакової кількості газу до однакової температури в закритій посудині витрачається менше тепла, ніж тоді, коли газ може розширюватись , наприклад у трубці з поршнем. Отже, теплоємність газу за сталого об’єму Сυ є меншою, ніж за зміни об’єму і сталого тиску Ср. Різниця (в калоріях) у перерахунку на один моль газу і один градус підвищення температури становила незалежно від природи газу. З цього випливає, що за р — const приріст об’єму на і температури на 1°С еквівалентний роботі, тобто , звідси .

Запишемо отримане рівняння відносно газової сталої так:

, де .

Таким чином, за підвищення температури газу на 1°С (чи ІК) і р — const маємо , де — робота розширення газу і водночас різниця енергії, витраченої на підігрів газу за V — const і P — const . Отже, маємо підстави записати: .

Оскільки за рівнянням газового закону стала R дорівнює , що відповідає механічній роботі 0,846, то, пoставивши знак рівняння між двома однаковими значеннями R і розв’язавши вираз відносно 1 калорії, отримаємо:

; .

Так був встановлений механічний еквівалент тепла.

Зробимо висновки: 1) без спрямованого руху не відбувається робота; 2) теплота, як і робота, не є властивістю матерії чи системи, а є тільки проявом (характеристикою) явища передавання енергії;

3) про теплоту і роботу можна говорити тільки як про дві форми передавання енергії руху з однієї системи до іншої. Саме цей процес передавання енергії руху є тим суттєвим, що об’єднує обидва поняття. Різниця між ними полягає в рівні впорядкованості передавання енергії: робота є впорядкованою (спрямованою) формою передавання руху від однієї системи до іншої, а теплота, навпаки, — це передача хаотичного (неспрямованого) руху молекул від нагрітого тіла холодному. Завдання термодинаміки — визначити умови, коли енергія у формі теплоти за її передавання від однієї системи до іншої може трансформуватись у якусь форму роботи.

Література

1. Колотило Д. М. К 61 Екологія і економіка: Навч. посібник. — К.: КНЕУ, 1999.