|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
WICHTIGSTEN WISSENSCHAFTLICHEN ENTDECKUNGEN
Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik. Geschichte und Wesen der wissenschaftlichen Entdeckung
Verzeichnis / Die wichtigsten wissenschaftlichen Entdeckungen Der Engländer Humphry Davy (1788-1829) wurde mit 23 Jahren Professor, erhielt viele wissenschaftliche und öffentliche Auszeichnungen, und außerdem fügte er seinem Namen den Beinamen „Sir“ hinzu, wurde zum Präsidenten der Royal Society of London gewählt. Während seines langen Lebens in der Wissenschaft führte er viele erfolgreiche Experimente durch. Anfang des 1753. Jahrhunderts gelang es Davy, Eis durch Reibung bei Minusgraden zu schmelzen. Später wurde die Erfahrung von dem russischen Wissenschaftler Petrov wiederholt. Benjamin Thompson (1814-1798), der nach siegreichem Ende des Unabhängigkeitskrieges aus Amerika auswanderte und in Bayern den Titel eines Grafen Rumford erhielt, veröffentlichte 960 die Ergebnisse von Experimenten zum Bohren von Kanonenrohren. Bei einem seiner Experimente stieg bei 37 Umdrehungen des Bohrers die Temperatur des gebohrten Zylinders um XNUMX Grad Celsius an. Davy kam zu dem Schluss, dass die Theorie der Wärme sowohl mit Rumfoords Experimenten als auch mit seinen eigenen unvereinbar sei, und stellte eine kinetische Wärmetheorie auf, nach der Wärme die Schwingungsbewegung von Körperteilchen sowie von Gasen und Flüssigkeiten darstellt erlaubte Rotationsbewegung von Teilchen. Jung schloss sich auch der Schwingungstheorie der Wärme an. Und doch dominierte weiterhin die Kalorientheorie. Die beiden grundlegendsten Arbeiten zur Wärmetheorie des betrachteten Zeitraums, Arbeiten, die zu Recht in den goldenen Fundus der wissenschaftlichen Literatur aufgenommen wurden, basieren auf dem Begriff der Wärme. Das erste dieser Werke, Fouriers Analytical Theory of Heat, wurde 1822 in Paris veröffentlicht und ist das Ergebnis seiner langjährigen Forschung auf dem Gebiet der mathematischen Physik. Ein weiterer Aufsatz gehörte dem Sohn des berühmten französischen Mathematikers Lazar Carnot, Sadi Carnot. Nicolò Léonard Sadi Carnot (1796–1832) studierte an der Polytechnischen Schule. Seit 1814 war er als Militäringenieur tätig, seit 1819 war er Leutnant im Generalstab. Als Sohn eines republikanischen Ministers im Exil konnte Carnot nicht befördert werden und wurde 1828 in den Ruhestand versetzt. Er starb an Cholera. Der 1824 veröffentlichte Aufsatz Meditation on the Motive Force of Fire war Carnots einziges vollendetes Werk. Carnot schreibt: „Wärme ist nichts als eine treibende Kraft, oder vielmehr eine Bewegung, die ihre Form verändert hat; es ist die Bewegung der Teilchen von Körpern; wo immer die Zerstörung der treibenden Kraft eintritt, entsteht Wärme in einer Menge, die genau proportional dazu ist die Menge der verschwundenen Antriebskraft Umgekehrt: immer mit dem Verschwinden von Wärme gibt es eine Antriebskraft. Damit lässt sich eine allgemeine Position ausdrücken: Die treibende Kraft existiert in unveränderter Menge in der Natur; es wird streng genommen nie geschaffen, nie zerstört; tatsächlich ändert es seine Form, das heißt, es verursacht einmal eine Art von Bewegung, dann eine andere, verschwindet aber nie. Nach einigen Vorstellungen, die ich über die Wärmetheorie habe, erfordert die Erzeugung einer Krafteinheit den Aufwand von 2,7 Wärmeeinheiten. Zu diesen Zeilen rief der berühmte französische Wissenschaftler Henri Poincaré 1892 bewundernd aus: „Ist es möglich, den Energieerhaltungssatz klarer und genauer auszudrücken?“ Als Ingenieur beschäftigte sich Carnot mit der Berechnung und dem Bau von Wassermaschinen. Da zu dieser Zeit jedoch in ganz Frankreich zunehmend Dampfmaschinen eingesetzt wurden, interessierte sich der junge Ingenieur für die Erstellung der Theorie der Wärmekraftmaschinen. Damals dominierte in der Wissenschaft die Auffassung, dass Wärme eine Substanz ist. Aber Sadi Carnot entschied sich, eine der schwierigsten Fragen der Physik zu beantworten; Unter welchen Bedingungen kann Wärme in Arbeit umgewandelt werden? Mit der Berechnung von Wassermaschinen gut vertraut, verglich Carnot Wärme mit Wasser. Er wusste sehr gut: Damit eine Wassermühle funktioniert, ist eine Bedingung notwendig: Das Wasser muss von einem hohen auf einen niedrigen Stand fallen. Carnot schlug vor, dass Wärme, damit sie wirken kann, sich auch von einem hohen Niveau auf ein niedriges Niveau bewegen muss und dass der Höhenunterschied bei Wasser dem Temperaturunterschied bei Wärme entspricht. 1824 äußerte Sadi Carnot die Idee, dank derer er in die Geschichte einging: Für die Erzeugung von Arbeit in einer Wärmekraftmaschine ist ein Temperaturunterschied erforderlich, es werden zwei Wärmequellen mit unterschiedlichen Temperaturen benötigt. Diese Aussage in Carnots Theorie ist die wichtigste und wird Carnots Prinzip genannt. Basierend auf dem von ihm abgeleiteten Prinzip hat Carnot den Zyklus einer idealen Wärmekraftmaschine entwickelt, den kein realer Motor übertreffen kann. Die ideale Maschine, so Carnot, sei ein einfacher Zylinder mit einem Kolben. Die Bodenwand des Zylinders hat eine ideale Wärmeleitfähigkeit, sie kann auf einer heißen Oberfläche platziert werden, zum Beispiel auf der Oberfläche einer mit einer Mischung aus geschmolzenem und festem Blei gefüllten Heizung oder zum Beispiel auf der Oberfläche eines Kühlschranks. mit einer Mischung aus Wasser und Eis. Beide Wärmequellen sind unendlich groß. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass ein Perpetuum mobile der zweiten Art unmöglich ist. Diese Aussage ist eine Paraphrase des Carnot-Prinzips, und daher kann die Effizienz einer Maschine, die mit einem Carnot-Zyklus arbeitet, nicht von der im Zyklus verwendeten Substanz abhängen. Carnot beschrieb den Betriebszyklus einer idealen Wärmekraftmaschine und zeigte, wie man ihren maximalen Wirkungsgrad berechnet. Dazu ist es lediglich erforderlich, die höchste und niedrigste Temperatur des in dieser Maschine verwendeten Wasserdampfs (oder jedes anderen Kühlmittels, wie Carnot feststellte) zu kennen. Die Differenz dieser Temperaturen dividiert durch den Hochtemperaturwert ergibt den Wirkungsgrad der Maschine. Temperaturen müssen in Grad der absoluten Kelvin-Skala ausgedrückt werden. Diese Gleichung wird als zweiter Hauptsatz der Thermodynamik bezeichnet, und die gesamte Technologie gehorcht ihr. Berechnungen nach Carnots Formel ergaben, dass die ersten Wärmekraftmaschinen keinen Wirkungsgrad von mehr als 7–8 Prozent haben konnten, und wenn wir die unvermeidlichen Wärmeverluste in die Atmosphäre berücksichtigen, sollte der resultierende Wert von 2–3 Prozent als bedeutende Leistung angesehen werden ... Ziemlich schnell wurde neben Dampf, wie Carnot vorhersagte, auch Gas in Turbinen verwendet, das auf eine hohe Temperatur erhitzt werden kann. Wenn die Temperatur des heißen Gases in der Turbine 800 Grad Kelvin (527 Grad Celsius) beträgt und der Kühlschrank sie auf 300 Grad Kelvin reduziert, dann kann der maximale Wirkungsgrad der Maschine selbst bei einem idealen Carnot-Kreisprozess nicht erreicht werden höher als 62 Prozent. Die unvermeidlichen Wärmeverluste führen wie immer zu einer Verringerung dieser Zahl. Die besten Beispiele für Turbinen, die in modernen Kraftwerken installiert sind, haben einen Wirkungsgrad von 35 bis 40 Prozent. Carnot wies auf ein spezifisches Merkmal der Hitze hin. Wärme erzeugt mechanische Arbeit nur bei einer thermischen „Differenz“, d. h. dem Vorhandensein einer Temperaturdifferenz. Diese Temperaturdifferenz bestimmt den Wirkungsgrad von Wärmekraftmaschinen. Paul Clapeyron entwickelte 1834 Carnots Ideen weiter und führte eine grafische Methode ein, die für thermodynamische Studien sehr wertvoll ist. 1850 erschien das erste Werk von Rudolf Clausius (1822-1888) „Über die treibende Kraft der Wärme“, in dem nach Carnot und Clapeyron erneut die Frage nach den Bedingungen der Umwandlung von Wärme in Arbeit gestellt wurde. Das Prinzip der Energieerhaltung, das nur quantitative Gleichheit fordert, stellt keine Bedingungen für die qualitative Umwandlung von Energien. In dieser Arbeit analysiert Clausius Carnots Theorie aus einem neuen Blickwinkel, aus Sicht der mechanischen Wärmetheorie. Carnots Werk wurde kürzlich von William Thomson (Lord Kelvin) (1824-1907) aus der Asche der Vergessenheit wiedererweckt. „Thomson gibt zu“, schreibt PS Kudryavtsev in seinem Buch „History of Physics“, dass Carnots Ansicht, dass Wärme in Maschinen nur umverteilt, aber nicht verbraucht wird, falsch ist.“ Aber gleichzeitig weist er darauf hin, dass, wenn wir Carnots Schlussfolgerungen bezüglich der Bedingungen für die Umwandlung von Wärme in Arbeit aufgeben, wir auf unüberwindbare Schwierigkeiten stoßen. Thomson kommt zu dem Schluss, dass die Wärmetheorie eine ernsthafte Umstrukturierung und zusätzliche experimentelle Forschung erfordert. In seiner Arbeit glaubt Clausius, dass zusammen mit dem ersten Gesetz, das besagt, „dass in allen Fällen, in denen Wärme Arbeit erzeugt, eine Wärmemenge proportional zur empfangenen Arbeit verbraucht wird“, Carnots Position als zweites Gesetz beibehalten werden sollte, dass Arbeit entsteht, wenn Wärme von einem wärmeren Körper auf einen kälteren übergeht. Diese Position entspricht Clausius zufolge der Natur der Wärme, bei der Wärme immer „von selbst“ von einem heißen Körper zu einem kalten übergeht und nicht umgekehrt. Als zweiten Anfang stellt Clausius das Postulat auf: „Wärme kann nicht „von selbst“ von einem kälteren Körper zu einem wärmeren übergehen.“ Die Worte „von selbst“ sollen nicht bedeuten, dass Wärme überhaupt nicht von einem kalten auf einen beheizten Körper übertragen werden kann (sonst wären Kältemaschinen nicht möglich). Sie bedeuten, dass es ohne entsprechende andere "kompensatorische" Veränderungen keine solchen Prozesse geben kann, deren einziges Ergebnis der erwähnte Übergang wäre. Auf diese Arbeit folgten 1851 fast gleichzeitig Thomsons drei Abhandlungen. Nachdem Thomson die Frage der Umwandlung verschiedener Energieformen aus quantitativer Sicht untersucht hat, weist er darauf hin, dass bei gleichem quantitativen Wert nicht alle Energiearten in gleichem Maße umwandlungsfähig sind. Beispielsweise gibt es Bedingungen, unter denen die Umwandlung von Wärme in Arbeit unmöglich ist. Thomsons Postulat besagt: „Es ist unmöglich, mit Hilfe eines unbelebten Körpers mechanische Wirkung von irgendeiner Materiemasse zu erzielen, indem man ihre Temperatur unter die des kältesten der umgebenden Körper abkühlt.“ Diese Position ausbauend, kommt Thomson in seiner Arbeit von 1857 zu dem bekannten Schluss über die in der Natur vorherrschende Tendenz, Energie in Wärme umzuwandeln und Temperaturen auszugleichen, was letztlich zu einem Absinken der Leistungsfähigkeit aller Körper auf Null führt, zu Wärme Tod. 1854 beweist Clausius in seinem Artikel „Über eine modifizierte Form des zweiten Hauptsatzes der mechanischen Wärmetheorie“ den Satz von Carnot auf der Grundlage seines Postulats und gibt, verallgemeinernd, einen mathematischen Ausdruck des zweiten Hauptsatzes in Form von an Ungleichheit für zirkuläre Prozesse. In späteren Arbeiten führt Clausius die Zustandsfunktion „Entropie“ ein und gibt eine mathematische Formulierung des von Thomson gesehenen Trends in Form der Position „Die Entropie des Universums tendiert zu einem Maximum“. In der Physik erschien also zusammen mit der „Königin der Welt“ (Energie) ihr „Schatten“ (Entropie). Clausius selbst schreibt am Ende seiner Arbeit im Jahre 1865: „Der zweite Hauptsatz in der Form, in der ich ihn gegeben habe, besagt, dass alle Umwandlungen, die in der Natur in einer bestimmten Richtung, die ich für positiv hielt, stattfinden, von selbst geschehen können d.h. ohne Kompensation, sondern umgekehrt, d.h. in negativer Richtung, können sie nur auftreten, wenn sie durch gleichzeitig mit ihnen eintretende positive Transformationen kompensiert werden. Die Anwendung dieses Prinzips auf das gesamte Universum führt zu der Schlussfolgerung, die zuerst von William Thomson aufgezeigt wurde. In der Tat, wenn bei allen Veränderungen, die im Universum stattfinden, die Umwandlungszustände in einer bestimmten Richtung ständig die Umwandlungen in der entgegengesetzten Richtung an Größe überwiegen, dann "muss sich der allgemeine Zustand des Universums immer mehr in der ersten Richtung ändern, und muss sich daher kontinuierlich dem Grenzzustand annähern. Autor: Samin D. K.
▪ Gesetz der einfachen volumetrischen Verhältnisse
Maschine zum Ausdünnen von Blumen im Garten
02.05.2024 Fortschrittliches Infrarot-Mikroskop
02.05.2024 Luftfalle für Insekten
01.05.2024
▪ Brot mit unsichtbaren Fasern verbessert das Wohlbefinden ▪ Führte die kälteste chemische Reaktion durch ▪ Gene sind für die Kaffeesucht verantwortlich
▪ Abschnitt der Website, Spionagematerial. Artikelauswahl ▪ Artikel Fliegen Sie nach Helikon. Populärer Ausdruck ▪ Artikel Wer hat wann in einem Spiel drei Eigentore geschossen? Ausführliche Antwort ▪ Artikel Chemielaborant. Jobbeschreibung
Startseite | Bibliothek | Artikel | Sitemap | Site-Überprüfungen
www.diagramm.com.ua |
Wir empfehlen interessante Artikel Abschnitt 
Siehe andere Artikel Abschnitt 
Neueste Nachrichten aus Wissenschaft und Technik, neue Elektronik:
Alle Sprachen dieser Seite