Термодинамика реальных процессов

    «получение КПД устройств, равного единице».

1. Запреты второго закона Клаузиуса.

Обратимся теперь к изложению другого рода прогнозов, которые посягают на второй закон термодинамики Клаузиуса и допускают в реальных условиях «получение КПД устройств, равного единице». По терминологии В. Оствальда, устройство, нарушающее второй закон термодинамики, именуется вечным двигателем второго рода (устройство, нарушающее первый закон термодинамики, или закон сохранения энергии, называется вечным двигателем первого рода, или просто вечным двигателем - perpetuum mobile). Если вечный двигатель первого рода, получающий энергию из ничего, в принципе невозможен, то с вечным двигателем второго рода дело обстоит совсем иначе. Вечный двигатель второго рода (этого типа перспективный двигатель я для краткости буду именовать ПД) преодолевает запреты второго закона Клаузиуса, которые заключаются в следующем. В общем случае, согласно Клаузиусу, для осуществления любого теплового двигателя надо обязательно иметь два источника разной температуры, чтобы теплота могла переходить от более нагретого из них к менее нагретому. Чем больше разность температур, тем выше КПД. КПД, равный единице, получается, если один из источников имеет либо бесконечно большую температуру, либо температуру, равную абсолютному нулю. Практически это неосуществимо, поэтому принято считать, что такого КПД достичь невозможно. С уменьшением разности температур КПД уменьшается и в пределе становится равным нулю, когда температуры источников сравниваются, то есть когда два источника фактически превращаются в один. Следовательно, по Клаузиусу, в принципе невозможно использовать безграничные запасы теплоты такого грандиозного источника, как окружающая нас среда (воздух, вода или земля).

Кроме того, второй закон с его энтропией утверждает необратимость реальных процессов, ибо всем им присущи эффекты диссипации, трения. В результате одностороннего развития миру угрожает тепловая смерть. То же самое можно сказать и о любой ограниченной по размерам изолированной системе: все процессы в ней рано или поздно обязаны затухнуть, прекратиться. Иными словами, вечное самопроизвольное движение с трением в принципе невозможно [ТРП, стр.447-448].

2. Условия, необходимые и достаточные для осуществления

    вечного двигателя второго рола (ПД).

В противоположность теории Клаузиуса в ОТ нет энтропии и второго закона и вытекающего из них понятия необратимости реальных процессов. Согласно ОТ, все реальные процессы в конечном итоге обратимы, поэтому у нас нет никаких оснований бояться ни энтропии, ни второго закона, ни тепловой смерти Вселенной.

Еще более утешительным является вывод ОТ о реальной возможности использовать даровые запасы теплоты окружающей среды, да еще с КПД, равным единице. С такой эффективностью теплота по желанию может быть преобразована в электрическую энергию, механическую работу и т.д. в устройствах ПД, в которых происходит вечная самопроизвольная циркуляция вещества.

Подробный анализ проблемы показывает, что для осуществления ПД необходимо соблюсти два важнейших условия. Первое заключается в том, чтобы обратиться к тем явлениям природы, которые при данной температуре (при температуре одного источника) сопровождаются самопроизвольным возникновением различного рода неоднородностей и образованием соответствующих разностей интенсиалов - температур, электрических потенциалов, давлений, химических потенциалов, хроналов и т.д. К таким явлениям относятся, например, испарение жидкости, термоэлектричество, осмос, диффузия, химические превращения и многое другое. В частности, при испарении жидкость автоматически охлаждается ниже температуры окружающей среды, а при конденсации нагревается - так появляется необходимая разность температур. Термоэлектрические явления характеризуются тем, что при данной температуре между различными телами возникает некоторая разность электрических потенциалов. В явлениях осмоса образуется разность давлений. При химических превращениях появляются разности температур, давлений, электрических потенциалов, хроналов и т.д. Все эти разности интенсиалов могут быть использованы для создания ПД.

Однако соблюдение первого требования необходимо, но его далеко не достаточно для осуществления обсуждаемого устройства. Второе важнейшее требование состоит в том, чтобы создать условия, при которых вещество, сопряженное с возникшей разностью интенсиалов, самопроизвольно и непрерывно подавалось бы на эту разность. Необходимо умудриться сконструировать замкнутый циркуляционный контур для сопряженного вещества, в контуре должен происходить круговой процесс изменения состояния этого вещества.

Второе требование выполнить неизмеримо труднее, чем первое, но в нем-то и заключается вся соль проблемы. Поэтому запрет, наложенный Клаузиусом на подобную непрерывную циркуляцию, долгое время казался вполне естественным и правильным: согласно Клаузиусу, необратимость реальных процессов должна неизбежно привести к деградации энергии циркулирующего вещества и прекращению самой циркуляции.