ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Предисловие редактора перевода из "Термодинамика равновесных процессов " Термодинамика равновесных пооцессов — давно сложившаяся наука, и число монографий и учебных руководств, посвященных этому предмету, чрезвычайно велико. Казалось бы, уже должны были устояться и логика, и даже стиль изложения, и тем не менее на книжный рынок непрерывно поступают новые работы, среди которых есть такие, которые заставляют по-иному взглянуть на совершенное здание термодинамики. И дело здесь не столько в эстетике, сколько в потребностях современной инженерной науки, которые, как оказалось, легче удовлетворить в рамках термодинамики, построенной на основе иной системы определений и аксиом. Сказанное выше в полной мере относится и к руководству по термодинамике равновесных процессов, написанному профессором Кембриджского университета Р., У. Хейвудом. Имя Р. У. Хейвуда знакомо советскому читателю — в 1979 г. под редакцией проф. [c.5] Шпильрайна вышла его монография на русском языке . [c.5] Книга Р. У. Хейвуда Термодинамика равновесных процессов существенно отличается от предыдущей. Если в Анализе циклов в технической термодинамике автор сразу обращается к анализу конкретных систем, а вопросы чистой теории кратко обсуждаются только в приложениях, то в предлагаемой книге эта последовательность обращена и на первый план выходят теоретические принципы. И в то же время ввсь характер изложения возвращает нас в добрые старые времена, когда Сади Карно, как пишет Р. Фейнман, желал построить наилучшую и наиболее экономичную машину , и продолжает Это один из немногих замечательных случаев, когда инженер заложил основы физической теории . В Термодинамике равновесных процессов Р. У. Хейвуда логика аксиоматических построений и доказательства теорем сочетаются с анализом действия конкретных тепловых машин. Такое органическое сочетание абстракции с инженерным расчетом, пожалуй, уникально в современной научной литературе. [c.5] Предложение о переводе на русский язык этой нешаблонной и нарушающей привычные представления книги, поступившее менее чем через год после ее появления в Англии, было воспринято автором с особым удовлетворением. Хотя термодинамика равновесных процессов излагается в этой книге неортодоксально, автору приятно отметить, что в мировой технической литературе она была встречена с воодушевлением. Книгу хвалили за исключительно четкий стиль, а также за превосходную организацию материала и изложение важных вопросов. Один рецензент, особенно удовлетворенный качеством книги, заметил, что, когда видишь, как кто-то наконец сумел, исходя из единственной аксиомы, изложить термодинамику равновесных процессов на уровне, доступном для студентов старших курсов и аспирантов, это воистину воспринимается как свежее веяние. Отмечалось также, что особое впечатление оставляет подробный анализ проблемы термодинамической доступности (доступности энергии для совершения работы). [c.7] Достаточно простое и тем не менее строгое изложение подхода, основанного на единственной аксиоме, а также широкий охват важной проблемы термодинамической доступности энергии и связанного с ней понятия об эксергии делают эту книгу, по нашему мнению, уникальной. [c.7] МНОГИХ учебниках, в действительности представляют собой результат логической цепи рассуждений, отправной точкой которых является более фундаментальный закон устойчивого равновесия (ЗУР). [c.8] Внимание читателя в особенности обращается на то (см, разд. 18.2), что так называемое чистое вещество (в отличие от определенного химического компонента) представляет собой несколько идеализированное понятие и что соотношения, которые обычно считаются применимыми к таким веществам, в действительности относятся к более широкому классу простых систем. На анализ этих систем, изложенный в гл. 18 (с приложением Ж по характеристическим уравнениям состояния), оказала влияние почти десятилетняя работа координационного характера, которую автор выполнял в секретариате Международной ассоциации по характеристикам пара. В ходе этой работы автору посчастливилось на многочисленных международных конференциях сотрудничать с главой советской делегации, ныне покойным проф. М. П. Вукало-вичем из Московского энергетического института. С любовью вспоминая его как человека большой души, обладавшего даром заражать молодежь энтузиазмом, с которым он относился к термодинамической науке, автор посвящает настоящее издание его светлой памяти. [c.9] Люди боятся мысли больше чего-либо на свете — больше разорения, больше даже смерти. Мысль губительна и революционна, разрушающа и ужасна мысль беспощадна к привилегиям, установленным институтам и удобным привычкам мысль анархична и не подчиняется законам, она безразлична к авторитетам и не заботится о мудрости, выработанной веками. [c.10] Новая научная истина побеждает не путем убеждения или просвещения своих противников, но потому, что в конце концов ее противники умирают, и вырастает новое поколение, которому эта истина известна. [c.10] Мысль заглядывает в преисподнюю и не испытывает страха. Перед ее взором предстает человек — ничтожная крупинка, окруженная непостижимой глубины молчанием, и все же она несет себя гордо и величаво, словно властитель Вселенной. Мысль возвышенна, неуловима и свободна. Мысль освещает мир, она— главная слава человека. [c.10] Термодинамика равновесных процессов, по существу, рассматривает макроскопическое поведение систем, в которых протекают процессы перехода между различными состояниями устойчивого равновесия, в то время как система может взаимодействовать с окружающими ее телами путем обмена энергией. Не учитывая конкретную природу вещества и квантование энергии, термодинамика рассматривает вещество, образующее данную систему, как некий континуум. Учет строения вещества и квантовых эффектов составляет предмет статистической термодинамики, позволяющей предсказывать макроскопическое поведение системы путем анализа событий, происходящих на микроскопическом уровне. Таким образом, термодинамика равновесных процессов, которой посвящена настоящая книга, по существу, сводится к изучению связи между работой, теплом и свойствами системы. Поэтому термодинамика исключительно важна для инженеров и в особенности для специалистов в области преобразования энергии. Ведь инженер должен не только определить совокупность рабочих характеристик своего производящего или потребляющего работу устройства, но и установить критерии, которые позволили бы судить о его истинных характеристиках. Именно термодинамика является той наукой, которая позволяет достичь этой цели на некоторой рациональной основе. [c.11] За счет процессов, которые сейчас можно грубо назвать фрикционными или диссипативными , все естественные процессы в какой-то мере термодинамически несовершенны, или, выражаясь языком термодинамики, необратимы . Следовательно, любая реальная установка будет либо больше потреблять, либо меньше производить работы, чем это было бы возможно в воображаемой идиллической стране, которую можно было бы назвать Термото-пией . В ней все процессы обратимы и какие-либо несовершенства отсутствуют. В связи с этим следует отметить, что, как и другие ученые, специалист по термодинамике, описывая поведение физического мира, строит упрощенную модель — природа физического мира слишком сложна, чтобы можно было описать ее сразу во всех деталях. [c.11] Работа инженера-термодинамика не кончается получением выражений для рабочих характеристик (обычно они имеют вид алгебраических формул) и критериев для каждого из устройств. Вслед за этим возникает потребность в количественной информации о свойствах рабочих вешеств, которые либо содержатся в устройствах, либо проходят через них. На этой стадии приходится одновременно иметь дело с экспериментальными данными и применять математический аппарат, что позволяет получить эмпирические или полуэмпирические формулы, описывающие обширную экспериментальную информацию. При этом оказывается, что многие термодинамические характеристики данного вещества связаны между собой, причем выявление таких связей является одним из самых значительных достижений термодинамической науки. Само же наличие указанных связей означает, что уравне ния, полученные с целью описания экспериментальных данных, должны быть составлены таким образом, чтобы найденные с их помощью числа были термодинамически согласованны. Эту задачу также приходится решать специалисту по термодинамике. [c.12] Изложенные выше соображения в основном обрисовывают план настоящей книги, предназначенной скорее для инженера, чем для физика или химика, хотя и последние могут почерпнуть из нее много новых сведений. Однако эта книга имеет также другие серьезные особенности, придающие ей своеобразный характер. Несмотря на то что в последние годы работы по термодинамике получили значительное развитие, преподавание термодинамики до сих пор проводится по канонам, установленным еще великими пионерами прошлого столетия в области, тогда еще не изведанной. В данной книге последние достижения используются для перестройки изложения в более удовлетворительной логической последовательности. [c.12] По мере того как мы, исходя из фундаментального закона устойчивого равновесия, будем глава за главой развивать понятия и теоремы, читатель увидит, что утверждения, получившие названия первого и второго законов термодинамики, принимают характер следствий и тем самым теряют право называться самостоятельными фундаментальнЪши законами . Кроме того, оказывается, что нет необходимости и в так называемом нулевом законе . Чтобы читателю было легче следить за логическим развитием длинной цепи идей, образующих фундамент термодинамической науки, мы будем строить генеалогическое древо термодинамики , показывая его рост в конце каждой главы. Это позволит более ясно представить логическую структуру нашей довольно абстрактной отрасли науки. [c.14] Второй закон термодинамики часто, хотя и совершенно незаслуженно, окружается неким мистическим ореолом, который теперь должен быть развеян путем перевода этого закона на роль подчиненного закону устойчивого равновесия, следствием которого он является. Ни одна другая важная отрасль науки не держалась на столь большом числе недоказанных постулатов, представленных в форме так называемых нулевого, первого и второго законов, и то обстоятельство, что в настоящее время термодинамическая наука не нуждается в такого рода подпорках, должно вызывать лишь удовлетворение. [c.14] ПОЧТИ целиком отнести на счет способа изложения термодинамики, в котором отправной точкой служит циклическая формулировка первого и второго законов, вместо того, чтобы исходить из рассмотрения нециклических процессов и переходить от них к циклическим процессам, как это сделано в настоящей книге. [c.15] Руководства по термодинамике поступают на книжный рынок непрерывным потоком, причем большинство из них мало различается между собой. По этой причине написание еще одной книги было бы мало оправданно, если бы в ней не было сказано нечто новое и важное. Однако, если желательно, чтобы новый подход получил широкое признание, это нечто необходимо представить в форме, доступной для студентов. Предполагается, что данная книга написана именно на таком уровне и что она поможет вывести термодинамику из того состояния, в котором она застыла еще в XIX в. и в котором она оставалась слишком долгое время. Автору, кажется немыслимым, чтобы последними достижениями, на которых построена данная книга, можно было бы пренебрегать и дальше. Более того, вызывает озабоченность то обстоятельство, что в наш век, когда огромная важность экономии энергии признается все шире, продолжают появляться книги и статьи о сохранений энергии, в которых понятие о ее доступности для производства работы оказывается не заслуживающим даже упоминания. [c.15] Вернуться к основной статье