Поток термической работы, или теплоты.

⇐ ПредыдущаяСтр 57 из 90Следующая ⇒

Прежде всего обратим внимание на следующее обстоятельство: в любых других процессах течение заряда с трением в направлении уменьшения потенциала, кроме термических, величина заряда остается неизменной, но уменьшается работа, которую совершает заряд. При этом недостающая работа соответствующего рода компенсируется появление новой, термической формы движения. В противоположность этому распространение термического заряда связано с возрастанием величины самого заряда, но работа заряда остается неизменной.

Постоянство термической работы вдоль проводника позволяет принять идею о том, что переносится (течет) не термический заряд, который возрастает в процессе течения, а именно термическая работа, которая остается постоянной. Термическая работа в данном случае должна выступать в совершенно несвойственной ей роли – в качестве некоторого субстрата переноса.

В примитивной форме эта идея заложена в теории теплорода. Как уже отмечалось, теплород – это невесомая и неуничтожимая жидкость (флюид), которая, перетекая из тела в тело, якобы создает все тепловые эффекты. На базе теории теплорода в 1822 г. Фурье были разработаны математические основы теории теплопроводности. После открытия закона сохранения энергии теория теплорода была отброшена. Но представление о теплоте как субстрате переноса сохранилось. Именно поэтому до наших дней остались неизменными основы теории теплопроводности, которые первоначально базировались на теории теплорода.

Равенство (538) в полной мере объясняет причину того, что идея о переносе термической работы (теплоты) на первом этапе развития теории не наталкивается на логические противоречия и не приводит к количественным ошибкам. Неприятности начинаются лишь с того момента, когда теория захватывает сферы влияния и пытается изучать различные формы движения с помощью старых логически несовершенных приемов. Тогда сразу же выясняется, что приходится сопоставлять между собой совершенно несопоставимые понятия – электрический заряд, массу и т.д., которые суть заряды, с теплотой, являющейся работой. Более подробно обо всех этих противоречиях и возникших трудностях говорится далее.

В связи с тем, что неверное по своей физической сути понятие потока теплоты находит широкое практическое применение, рассмотрим количественные соотношения, которые вытекают из такой постановки вопроса.

Если работу термического заряда условно рассматривать как поток теплоты, то можно аналогично предыдущему ввести понятие удельного потока теплоты

J_Q = dQ_Q/(Fdt) вт/м²,

определяемой формулой (318). Удельный поток теплоты или просто поток теплоты соответствует тому количеству тепла, которое проходит через единицу площади изотермической поверхности в единицу времени. Выражение (318) по форме очень похоже на общее выражение (316), но по существу между ними лежит непроходимая пропасть, для преодоления которой потребовалось сто лет напряженных поисков.

Связь между старыми и новыми представлениями определяется с помощью формул (328) и (329). В практических расчетах можно пользоваться не только потоком J _Q и коэффициентом L _Q, но и потоком J_Q и коэффициентом L_Q, вытекающим из ошибочного представления о том, что объектом переноса в термических явлениях служит термическая работа (теплота). В некоторых случаях, например в теории теплопроводности, применение понятия потока теплоты значительно упрощает расчеты.

Термический заряд, или энтропия, и теплота диссипации.

В рамках идеи о переносе теплоты невозможно непосредственно обнаружить теплоту диссипации. Это и понятно, ибо при течении теплоты ее количество остается неизменным вдоль всего проводника. Поэтому не может возникнуть даже и мысли о том, что термическая форма движения в процессе переноса непрерывно обогащается за счет потерь, обусловленных преодолением внутреннего термического сопротивления системы.

При сложившейся ситуации, чтобы найти теплоту диссипации, надо вначале ввести понятие термического заряда и определить, насколько он изменяется от сечения к сечению в процессе переноса теплоты. Исторически в этом вопросе роль термического заряда сыграла энтропия. Поэтому в приведенных ниже рассуждениях под словами термический заряд нужно понимать энтропию.

Если вдоль системы (рис. 25-б) проходит количество тепла dQ_Q, то для сечения х (на входе в систему) это соответствует величине термического заряда

d Q’ = dQ_Q/(Т + dТ) дж/град,

а для сечения х + dх (на выходе из системы) – величине термического заряда

d Q ” = dQ_Q/Т дж/град.

Разность

d Q_д = d Q’ - d Q ” = dQ_Q/(Т + dТ) - dQ_Q/Т = - (dQ_Q dТ)/ [Т(Т + dТ) ] дж/град

соответствует приращению термического заряда в условиях, когда теплота dQ_Q проходит путь dх. Величина d Q_д всегда положительна, так как приращение температуры dТ в направлении потока теплоты отрицательно. По Клаузиусу, в природе не существует процессов, в которых теплота самопроизвольно переходила бы от холодных тел к горячим. Это непосредственно зафиксировано им в его формулировке так называемого второго начала термодинамики («теплота не может переходить сама собой от более холодных тел к более горячим»).

Последнее равенство можно переписать в виде

d Q_д = dТdQ_Q/Т² дж/град. (539)

Здесь в знаменателе отброшена величина dТ как бесконечно малая по сравнению с Т.

Как видим, при такой постановке вопроса нет надобности говорить о течении термического заряда. Достаточно предполагать, что течет теплота, а термический заряд является лишь расчетной величиной, позволяющей оценить эффект диссипации применительно к отдельным сечениям системы. В классической термодинамике и термодинамике необратимых процессов Онзагера так именно и поступают. Там вместо термического заряда используется понятие энтропии, которой категорически запрещено обладать свойством перемещения.

Полученная новая формула (539) легко приводится к общему уравнению (496), выражающему закон диссипации, если вспомнить, что термическая работа dQ_Q и термический заряд d Q связаны между собой соотношением (59). Но такая операция предполагает, что субстратом переноса служит термический заряд. Если под субстратом переноса понимается непосредственно термическая работа dQ_Q, то формула (539) становится уже похожей на выражения (496) и (497).

Теперь, зная приращение термического заряда, нетрудно определить теплоту диссипации по уравнению (495). Подставив в него величину d Q_д из выражения (539), получим

d Q_д = dТdQ_Q/Т дж. (540)

Эта формула также не совпадает с общим выражением (483) для закона выделения теплоты диссипации. Кроме того, в формуле (540) физический смысл величины d Q_д остается неясным, так как известно, что теплота dQ_Q в процессе течения сохраняется неизменной. Следовательно, для величины dQ_д в общей теплоте dQ_Q как бы не остается места. Факт появления теплоты dQ_д в этих условиях приобретает мистическую окраску и затрудняет понимание того, что происходит на самом деле.

Как видим, природа приложила все усилия к тому, чтобы замаскировать истинный физический механизм термических явлений. Невозможность обнаружить в опыте теплоту диссипации, непонятное назначение величины dQ_д, определяемой формулой (540) и возникающей сверх всякой меры [сверх основного количества тепла dQ_Q, которое проходит через систему и фигурирует в формулах (539) и (540)], и, наконец, наличие равенства (538), которое прямо указывает на то, что разумнее всего говорить не о переносе какой-либо другой величины, а именно о переносе работы, - все это должно наводить на мысль об исключительности термической формы движения, о том, что для нее не писаны общие законы, которым подчиняются все остальные формы движения, и уводить в сторону от правильного понимания, а следовательно, и успешного решения поставленной проблемы.

Отсюда должны быть ясными (в физическом плане) трудности, с которыми пришлось столкнуться при разработке общей теории, которая ставит термическую форму движения на один уровень со всеми остальными и заставляет ее подчиняться общим (единым) законам природы. Понятно также, почему (в психологическом плане) с таким трудом воспринимаются и прививаются новые взгляды, опрокинувшие традиционное, берущее свое начало в повседневном опыте и в средневековой теории флюидов (теплорода) представление о теплоте как о переносимой субстанции.

Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 162; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 52 53 54 55 565758 59 60 61 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!