ВВЕДЕНИЕ

Главное содержание термодинамики — это описание превращения теплоты в механическую работу и, обратно, превращения механической работы в теплоту.

Только в сравнительно недавнее время физики обнаружили, что теплота является одной из форм энергии, которая может быть превращена в другие ее формы. Прежде ученые считали, что теплота является особым видом жидкости, общее количество которой остается неизменным. Нагревание тел и аналогичные процессы они объясняли переходом этой жидкости из одного тела в другое. На основании теории тепловой жидкости Карно сумел в 1824 году достигнуть сравнительно ясного понимания тех ограничений, которые всегда имеются при преобразовании теплоты в работу, т. е. по существу того, что теперь называется вторым законом термодинамики (см. главу III).

В 1842 году, т. е. лишь 18 лет спустя, Майер открыл эквивалентность теплоты и механической работы и первый сформулировал принцип сохранения энергии (первый закон термодинамики).

Теперь мы знаем, что истинное обоснование эквивалентности теплоты и динамической энергии следует искать в кинетическом толковании, которое сводит все термические явления к беспорядочному движению атомов и молекул. С этой точки зрения изучение теплоты можно рассматривать как специальную отрасль механики: механики такого огромного числа частиц (атомов или молекул), что детальное изучение их состояния и движения теряет смысл. Поэтому следует описывать лишь средние свойства огромного числа частиц. Эта отрасль механики, называемая статистической механикой, была развита главным образом работами Максвелла, Больцмана и Гиббса и привела к вполне удовлетворительному пониманию основных термодинамических законов.

Однако в чистой термодинамике подход к явлениям совсем иной. Здесь основные законы предлагаются как постулаты, основанные на экспериментальных доказательствах, и выводы из них делаются без рассмотрения кинетического механизма явлений. Этот способ имеет то преимущество, что он в значительной

степени не зависит от упрощений, которые часто допускаются в статистической механике. Таким образом, термодинамические результаты очень точны. Но иногда бывает довольно трудно получить результаты без детального рассмотрения действительного поведения, поэтому во многих случаях удобно дополнить термодинамические результаты, по крайней мере, грубой кинетической интерпретацией.

Первый и второй законы термодинамики имеют свое статистическое обоснование в классической механике. В последние годы Нернст добавил третий закон, который может быть объяснен статистически только в терминах квантовой механики. В восьмой главе этой книги мы коснемся выводов из этого закона.