ТЕПЛОВЫЕ МАШИНЫ И ВТОРОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ

Здесь уместно сделать историческое отступление. Утверждение Карно о том, что ни при каком сочетании циклически работающих машин и ни при каком выборе рабочего тела нельзя добиться самопроизвольного перехода теплоты от тела с низкой температурой к телу с высокой температурой, является по существу первой формулировкой второго начала термодинамики.

Ему эквивалентны следующие утверждения: 1) никакая тепловая машина не может иметь КПД, превышающий КПД цикла Карно; 2) никакая машина не может производить работу без отдачи теплоты низкотемпературному резервуару. Заметим, что эти утверждения нельзя вывести из какого-либо более общего принципа. Скорее они отражают обшую закономерность природы реального мира, выведенную из опыта. Они представляют собой аксиомы, которые вполне обоснованно следует отнести к фундаментальным законам.

Интересно, что второе начало термодинамики было сформулировано раньше, чем другой эмпирический закон, который теперь называется первым началом термодинамики. Справедливости ради следует, однако, отметить, что общность так называемого принципа Карно, имеющего силу закона, и все его следствия не были правильно оценены и полностью признаны до тех пор, пока не была понята идея сохранения энергии, лежащая в основе первого начала. Патентные бюро всего мира не отказывались наотрез рассматривать изобретения, нарушающие второе начало (т. е. вечные двигатели второго рода, превращающие теплоту в работу без отдачи теплоты низкотемпературному резервуару), еще долгое время после того, как они перестали рассматривать изобретения, нарушающие первое начало (т. е. вечные двигатели первого рода, непрерывно совершающие работу вообще без участия теплового взаимодействия). Таким образом, первое начало первым нашло всеобщее признание.

Подобный анахронизм имеет место и в отношении нулевого начала. Как мы уже говорили, этот принцип утверждает существование функции состояния, называемой температурой: он постулирует, что если каждое из двух тел находится в тепловом равновесии с третьим, то они будут в равновесии и друг с другом. Указанное предположение лежит в основе операционного определения температуры, однако этого не замечали в течение почти 100 лет, после того как Карно сделал свои выводы, и в течение 50 лет, после того как Джоуль, Кельвин и Клаузиус сформулировали первое начало. Ясно, однако, что представления о температуре и подразумеваемая неявно возможность ее измерения были использованы в работе Карно. Следовательно, нулевое начало является необходимой логической предпосылкой второго и, как мы увидим, первого начал.Поэтому оно и называется нулевым, несмотря на то, что появилось позже первого и второго начал.