ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Цикл Карно и абсолютная шкала температуры из "Техническая термодинамика и основы теплопередачи " Если правильность принятой методики определения величин йд и (1 не вызывает никаких сомнений, то по поводу правильности выбора щкалы для температуры Т известные сомнения возникнуть могут. [c.117] Между тем уравнение (а) должно отражать общие свойства термических взаимодействий, независимо от индивидуальных свойств рабочего тела (подобно тому, как выражения рйь, Е(1е, 11 (1т и т. п., которыми определяются соответствующие слагаемые в уравнении закона сохранения и превращения энергии, имеют самый общий смысл, независимо от индивидуальных свойств тел). [c.117] В связи с этим возникает необходимость установить для температуры Т (так же, как для давления, электрического потенциала и т. п.), входящей в уравнение (а), некоторую универсальную абсолютную шкалу, которая не должна зависеть от частных свойств различных тел. Вместе с тем появляется необходимость сопоставить найденную таким образом абсолютную шкалу с эмпирической газовой шкалой, которой мы до сих пор пользовались. [c.117] Вопрос о принципах построения абсолютной шкалы температур тесно связан с анализом основных принципов преобразования теплоты в работу. Действительно, как мы сейчас увидим, коэффициент полезного действия (к. п. д.) наивыгоднейшего с термодинамической точки зрения кругового процесса (цикла) теплового двигателя прямо определяется через абсолютные температуры взаимодействующих с двигателем тел. Это дает возможность свести вопрос о построении абсолютной шкалы температур к определению к. п. д. такого кругового процесса. Впервые этот круговой процесс был предложен (и обоснован как наивыгоднейший) Карно. Поэтому он получил название цикла Карно. Таким образом, изучение абсолютной шкалы температур надо начать с рассмотрения цикла Карно. [c.117] На диаграмме 5 — Т цикл Карно изображается в виде двух горизонтальных (изотермы) и двух вертикальных (адиабаты) отрезков (рис. 24). Цикл представляет собой ряд следующих непосредственно друг за другом процессов. [c.117] По окончании изотермического расширения система отключается от теплоотдатчика и происходит ее дальнейшее, но уже адиабатное расщирение (процесс 2—3), сопровождающееся понижением температуры до Т . Далее система вновь подключается к тепловому источнику — теплоприемнику, отнимающему от нее в изотермическом процессе сжатия 3—4 количество теплоты В точке 4 система отключается от теплоприемника и происходит ее дальнейшее адиабатное сжатие до первоначального состояния 1. [c.118] На этом процесс замыкается. Все параметры системы приобретают первоначальное значение. Система как бы выходит из процесса, и на ней невозможно обнаружить никаких следов происходивших изменений. [c.118] В результате осуществления цикла Карно количество теплоты д было преобразовано в механическую работу I. [c.119] Мы видим, что из всего подведенного к системе тепла д только часть его, равная д, была преобразована в полезную механическую работу. Остальная часть тепла, равная д , отдана теплоприемнику и, таким образом, безвозвратно потеряна. [c.119] Степень совершенства процесса преобразования теплоты в механическую работу определяется термодинамическим коэффициентом полезного действия, который представляет собой отношение полезной работы, выраженной в тепловых единицах, ко всему количеству теплоты, сообщенному системе теплоотдатчиком (или теплоотдатчиками, если их несколько). [c.119] Цикл Карно обладает рядом других важных свойств, которые имеют фундаментальное значение для теории теплового двигателя. Поэтому нам еще придется уделить циклу Карно много внимания в главе, посвященной термодинамике теплового двигателя. Теперь же мы вернемся к рассмотрению проблемы абсолютной щкалы температур. [c.120] Возможность использования свойств цикла Карно для построения абсолютной шкалы температур впервые отметил В. Томсон (лорд Кельвин), именем которого называется абсолютная щка-ла температур. [c.120] Пусть любое рабочее вещество соверщает квазистатический (обратимый) цикл Карно между двумя тепловыми источниками, температуры которых равны Т и Т (рис. 25). Температуры Т и Т выберем таким образом, чтобы они совпадали с температурами границ интервала, положенного в основу построения применяемой на практике щкалы (такие температуры называются реперными). Как мы знаем, в качестве таких температур выбираются температуры кипения воды и плавления льда. [c.120] При осуществлении цикла нам нет надобности уметь измерять температуры Т и Т (т. е. обладать термометром с нанесенной на нем готовой шкалой). Мы должны лишь поддерживать их постоянными, для чего достаточно обладать прибором — термоскопом, с помощью которого можно судить о том, какое тело имеет большую температуру и какое — меньшую. [c.120] Если теперь подставить в соответствии с международным соглашением, ДГ = 100 то получим для Т значение 273. Это значит, что нуль абсолютной шкалы сдвинут вниз относительно температуры плавления льда на 273°. Как видно из предшествующего рассуждения, в абсолютной шкале сохранена та же единица измерения, которая принята в стоградусной шкале. Тем не менее, с целью подчеркнуть различие обеих шкал единицу измерения абсолютной температуры пишут в виде °К (градусы по шкале Кельвина). [c.121] Температура, равная 0°К, называется абсолютным нулем. В настоящее время в лабораторных условиях удалось достичь температуры, которая только на 0,0044 °К выше абсолютного нуля. Впрочем, это значение не совсем достоверно. [c.122] В связи с рассмотрением проблемы абсолютной шкалы температур интересно отметить, что идея существования абсолютного нуля температур задолго до построения абсолютной шкалы была высказана. Ломоносовым в его диссертации Размышления о причине теплоты и холода . [c.122] Мы видим, что построенная абсолютная шкала температуры совпадает с хорошо известной эмпирической газовой шкалой. В этой связи вспомним соображения, которые приводят к газовой шкале температур. [c.122] При построении газовой шкалы термометрическим телом служит газ. В качестве термометри-чес того свойства, т. е. того непосредственно наблюдаемого свойства, по которому судят об изменении температуры, выбирают объем или давление. Но, как известно, объем и давление входят в закон Бойля-Мариотта (для установления которого достаточно было располагать термоскопом) симметрично, и это значит, что связь между каждым из этих свойств, с одной стороны, и температурой — с другой, одна и та же. Для конкретности мы будем говорить о газовой шкале, построенной на основе использования объема, но все сказанное будет непосредственно относиться и к давлению (рис. 26). [c.122] при фиксированном нормальном давлении определяется сбъем газа в двух крайних (реперных) состояниях. Полученный интервал изменения объема Да является, следовательно, базовым интервалом для построения температурной шкалы. Если разбить этот интервал на равные части, то получится равномерная шкала температур. Такой принцип дробления шкалы наиболее прост и целесообразен. Однако его отнюдь не следует считать обязательным (так, пример неравномерного дробления интервала дает предложенная Дальтоном логарифмическая шкала). [c.122] Вернуться к основной статье