О работе газов.

При обсуждении «ВКонтакте» «ОТЗЫВа кафедры статистической физики на работу П.И.Дубровского», (сама работа выложена здесь: http://www.getzilla.net/files/35990/reflexion_sur_la_theorem_carnot.rar  - в формате *.doc и здесь: http://electromagnetic-universe-by-nnrozanov.org/wp/wp-content/uploads/Размышления-о-теореме-Карно.pdf - в формате *.pdf), подписанного доктором физико-математических наук М.Ю. Налимовым и кандидатом физико-математических наук М.В. Комаровой, я получил от Марины Владимировны следующие посты, цитирую:

1) >Разве я сказал, что меня всё устраивает? Поздравляю Вас, Марина, очередной раз соврамши.

Так вы ж все в кустах, Петр, все в кустах. Куда вас на коллективное обсуждение, коли вы тут двух слов связать не можете? ПРОСТОЙ вопрос задали - КАКИМ определением работы газа предпочитаете пользоваться. А вы мнетесь как курсистка на свидании.

>Коротко все, что я хотел сказать по поводу взглядов современной термодинамики, написано в моей статье

Петр, вы русский язык понимаете? В вашей статье ОТСУТСТВУЮТ определения. Вы можете до потери сознания гуглить учебники по термодинамике, это не меняет простой факт - вы не пользуетесь определениями, фигурирующими ни в одном из этих учебников. Подозреваю, что ваше знакомство с ними ограничилось именно загугливанием названий. По крайней мере, определения у вас ДРУГИЕ. Какие - вам виднее.

2) Еще раз. Каким определением работы газа вы пользуетесь в вашей бессмертной работе?

Мне казалось, что я довольно ясно и понятно выразился по этому вопросу – что такое в термодинамике работа газов и может ли она быть отрицательной – в самой статье. Но, видимо, чтобы достучаться до мозгов истинных ученых, надо стучать посильнее. И, Марина, двумя словами, видимо, мне будет тут не отделаться. Итак. Что я понимаю под работой газов. Вообще-то я почти полностью согласен с мнением по этому поводу большинства авторов – физиков-теоретиков XX века, например, Л.Д. Ландау. Марина, Вас устроит такой автор? Прочтите, может быть, и Вы чему-нибудь научитесь в конце-концов.

Смысл всего сказанного Л.Д. Ландау я принимаю с некоторыми оговорками. Почему с оговорками? Напомню строки Пьера Вариньона: «Mais on s'apperçoit bientôt, que les choses qui nous paroissent les plus simples & les plus aisées à concevoir, quand on ne les regarde qu'en gros & superficiellement, paroissent tres-difficiles & tres-composées, dès qu'on veut les approfondir & les examiner en détail.» Перевод – есть в моей статье. С какими оговорками? Об этом чуть позже.

Итак. Что пишет про работу газа Л.Д. Ландау (то, что мне не нравится в его рассуждениях, я выделил подчеркиванием):

«§ 56. Работа и количество тепла

При расширении тело перемещает окружающие его тела, т. е. производит над ними работу.

Рассмотрим, например, газ, находящийся под поршнем в цилиндрическом сосуде. Если газ, расширяясь, передвигает поршень на бесконечно малое расстояние dh, то он про­изводит над ним работу dA, равную произведению Fdh, где F – сила, действующая на поршень со стороны газа. Но по определению давления F = pS, где р – давление газа, a S – площадь поршня. Поэтому dA = pSdh. Замечая, что произведение Sdh есть увеличение объема газа dV, окончательно находим:

dA = pdV.

Эта простая и важная формула определяет работу при элементарном процессе бесконечно малого изменения объема тела.

Мы видим, что эта работа зависит только от давления тела и общего изменения его объема, но не зависит от его формы. [ Во избежание недоразумений, сразу оговоримся, что это утверждение не относится к твердым телам, см. §101. ]

Работа dA положительна при расширении тела (dV>0), когда тело производит работу над окружающей средой. Напротив, при сжатии тела (dV<0) работа производится над телом со стороны окружающих тел; при нашем определении dA этому случаю соответствует отрицательная работа.

Произведенная при том или ином процессе работа допускает наглядную геометрическую интерпретацию, если изобразить процесс графически с помощью кривой в координатах р, V. Пусть, например, изменение давления газа при его расширении изображается кривой 1-2 на рис. 5. При увеличении объема на dV совершаемая газом работа равна pdV, т. е. площади заштрихованного бесконечно узкого прямоугольника. Поэтому полная работа, совершаемая газом при расширении от объема V1 до объема V2, складываясь из элементарных работ dA, изобразится площадью 1-2-V2-V1 , заключенной под кривой и ограниченной двумя крайними вертикальными линиями. Таким образом, площадь диаграммы сразу дает работу, совершаемую телом в рассматриваемом процессе.

Часто приходится иметь дело с круговыми процессами, в результате которых тело возвращается в исходное состояние. Пусть, например, с газом происходит процесс, изоб­ражающийся замкнутой кривой 1а2и1 на рис. 6. На участке 1а2 газ расширяется и производит работу, изображаемую площадью под кривой 1а2. На участке же 2b1 газ сжимается, так что совершаемая работа отрицательна, а по величине равна площади под кривой 2b1. Суммарная произведенная газом работа равна, следовательно, разности этих двух площадей, т. е. изображается заштрихованной на рисунке площадью, заключенной внутри замкнутой кривой.

Полная работа А, производимая телом при расширении от некоторого объема до объема V2, выражается особенно просто для процесса, происходящего при постоянном давлении. Очевидно, в этом случае

A = p(V2-V1).

…

Ну и чуть дальше у Л.Д. Ландау написано:

…

Если тело не получает извне никакой энергии, то работа при расширении производится за счет его внутренней энергии.» Добавлю - или накопленной ранее механической энергии. Например, в случае предварительного сжатия внешней силой.

Где Лев Давидович Ландау ошибся? В приведенном здесь тексте – только в вопросе разделения работу на положительную и отрицательную. Так, в паровых двигателях Томаса Ньюкомена (использовались в Великобритании для совершения полезной работы – подъема из шахт воды – практически весь XVIII век и даже позже) полезная «положительная» работа выполнялась исключительно за счет конденсации водяного пара внутри рабочего цилиндра.

Когда им на смену пришли первые паровые машины Джеймса Уатта, то полезная «положительная» работа по откачке воды из шахт стала выполняться как за счет конденсации пара, так и за счет избыточного давления пара над атмосферным давлением.

 В последних, самых совершенных паровых машинах, памятники которым можно увидеть практически на любом мало-мальски достойном жд узле, использование атмосферного давления стало попросту нерациональным. Не стало смысла тратить тепло на разогрев рабочего цилиндра после его охлаждения в результате конденсации пара.

Добавлю, что полезная «положительная» работа на самом деле совершается не теплом, и не холодом. А избыточным давлением пара (которое доходило до 15-17 атмосфер) или избыточным давлением атмосферного давления над вакуумом, получаемым в результате конденсации пара.

То есть с самой первой паровой машины людьми для получения «избытка движущей силы» использовалось одно из важнейших свойств газов (не жидкостей и не металлов, которые некоторые отдельные ученые физико-теоретики тупо причисляют к рабочим телам тепловых машин) – свойство изменять свое давление при нагревании и при охлаждении.

Доклад закончил. Что не ясно, спрашивайте.

А вот почему Л.Д.Ландау так и не разобрался в том, что отрицательной работы не существует - это другой вопрос. Слишком увлекся и не заметил простейшей ошибки в своих рассуждениях. Надо рассказывать об этом поподробнее?