книги / Термодинамика

ОГЛАВЛЕНИЕ

была переиздана1, а в 1952 г. выпущена третьим изда­ нием 21.

При сопоставлении различных изданий книги с очевид­ ностью обнаруживается, что текст ее не только непрерывно пополнялся новым материалом, но и подвергался весьма основательной переработке. Однако основные идеи автора, определившие принципиальную направленность книги, остались в полной мере неизменными. В предисловии к третьему изданию книги В. С. Жуковский в связи со зна­ чительным увеличением круга затронутых вопросов счел необходимым еще раз высказать со всей определенностью и прямотой свои мысли о назначении книги и о той цели,

ккоторой он стремился: «Однако в части узкотехнических приложений термодинамики я считал правильным ограни­ читься здесь только самым необходимым и отнести детали

кспециальным курсам. Назначение общего курса я вижу

втом, чтобы дать ясное представление о принципиальной постановке возникающих вопросов, о специфическом мето­ де их разрешения и, наконец, о взаимосвязи данного мето­ да научного анализа с другими».

Настоящая книга сложилась как итог всестороннего и кардинального пересмотра предшествующей книги, ко­ торый был предпринят автором после довольно длительного перерыва (связанного с работой над книгами по теории теплопередачи). При полной неизменности методологиче­ ских взглядов В. С. Жуковского и ясно выраженной преем­ ственности основных идей новой книге и ее прототипу при­ сущи глубокие принципиальные различия, оказавшие силь­ ное влияние на отбор материала и общую структуру текста.

Сам факт изменения названия книги свидетельствует о том, что центр тяжести книги решительно смещен в сторо­

круга соответствующих вопросов, затронутых и в предшест­

материалов для примеров иллюстративного назначения. Это справедливо и для гл. 16, которая приближена к тех­ нике в большей мере, чем какая-либо другая. (Главы 9 и 10, посвященные проблеме производства работы, изложены в манере, которая во всех отношениях характерна для тер­ модинамической теории, разрабатываемой в качестве науч­ ного основания исследуемой технической проблемы.) Дей­ ствительно, в названной главе рассматривается круг вопро­ сов, представляющих непосредственный интерес для инже­ нера и прежде всего для специалиста по паровым и газо­ вым турбинам. Но исследование ставится так, что внима­ ние концентрируется на методе анализа и физическом смысле получаемых соотношений.

Следует, правда, упомянуть и о том, что гл. 13 вклю­ чает в себя § 13.3 и 13.4, названия которых имеют явно выраженную техническую окраску; к тому же они иллюст­ рируются рисунками, представляющими собой схематиче­ ские изображения соответствующих технических устройств. В действительности же здесь предметом изучения являются два чрезвычайно широко распространенных элемента наз­ ванных рабочих процессов, которые рассматриваются толь­ ко как вполне типичные частные случаи двух очень важных форм движения сплошной среды — непрерывного стацио­ нарного течения среды сквозь систему и последовательно чередующихся вытекания из системы и втекания в нее. При этом единственной целью (и соответственно единствен­ ным результатом) анализа является вывод уравнений, определяющих исследуемые движения, в самом общем виде.

Новая идея — группировка и противопоставление изла­ гаемого материала по признаку «закрытая система» — «от­ крытая система» внесена в решение вопроса об общем построении книги — идея, совершенно чуждая предыдущей книге, в которой даже не введено понятие закрытой (откры­ той) системы. Этот признак в качестве основы для компо­ новки материала обладает определенными преимущества­ ми: в частности, создается возможность естественным образом и в подобающем месте включить в круг рассмат­ риваемых вопросов термодинамику потока. Впрочем, объ­ единение различных процессов только по признаку «откры­ тости» систем связано с привнесением некоторой доли условности.

Действительно, едва ли безоговорочно, без некоторого внутреннего сопротивления можно принять утверждение о родственности таких процессов, как взаимодействие между элементарным объемом движущейся по каналу жидкости,

ограниченным дёумя смежными сеченйямй какала, й остальной массой движущейся жидкости, с одной стороны, и взаимодействие между составными частями сложной (многофазной, многокомпонентной) системы в условиях химического или фазового превращения — с другой. В каче­ стве черты общности обоих взаимодействий отмечается обмен массой. Но легко убедиться, что это признак чрез­ мерно формальный.

В первом случае процесс происходит в форме организо­ ванного направленного перемещения вещества, проникаю­ щего через строго очерченные проницаемые для него эле­ менты контрольной поверхности (отверстия; в данном слу­ чае поперечные сечения). При этом в условиях стационар­ ного движения — а только этот случай рассматривается в книге — масса системы остается неизменной. Взаимодей­ ствие в этой ситуации проявляется в обмене количеством движения (являющимся здесь обобщенной координатой), изменением которого в совокупности с заданной скоростью (в качестве обобщенной силы) полностью определяется вклад взаимодействия в изменение энергии системы. В принципе ничего не изменяется, если процесс представ­ ляет собой не течение по каналу, а движение сквозь емкость любой конфигурации с отверстиями для входа и выхода жидкости.

Во втором случае основным и совершенно обязатель­ ным признаком наличия взаимодействия является именно обмен массой, которая и служит обобщенной координатой. Соответствующая обобщенная сила — химический потенци­ ал представляет собой величину весьма сложной природы и не может быть задана непосредственно, она определяется на основе анализа физических условий взаимодействия. Что касается перемещения вещества в пространстве, то в условиях химического превращения этот вопрос может иметь какой-то смысл разве только на микрофизическом уровне, так как взаимодействующие компоненты не раз­ граничены никакой физически существующей поверхностью раздела.

Применительно к межфазовому взаимодействию вопрос о перемещении вещества в пространстве и скорости пере­ носа массы у поверхности раздела имеет конкретное и ясное содержание. Движение среды, обусловленное фазо­ вым превращением, реализуется в зависимости от физиче­ ских условий процесса в крайне разнообразных и сложных формах, изучение которых имеет важное значение для исследования кинетики процесса. При исследовании процес­ са в термодинамическом аспекте, когда задача заключается

В бПрёДёЛекйй направленйя обменных эффектов й выясйёнии условий равновесия системы, решение дается на совер­ шенно другой основе, не связанной с анализом характера и

скорости пространственного перемещения вещества.

Мы видим, что вопрос о чертах сходства и различия процессов, совершающихся в открытых системах, отнюдь не прост. Разумеется, вопрос этот, столь же интересный, сколь и сложный, заслуживает внимательного рассмотре­ ния. Однако это увело бы нас слишком далеко в сторону. Поэтому ограничимся замечанием, что не должен вызывать удивления факт применения глубоко различных методов исследования при рассмотрении отдельных задач, включен­ ных в один и тот же круг проблем термодинамики «откры­ тых систем».

Рассмотрим еще одну характерную особенность книги, заслуживающую большого внимания и самого тщательного обсуждения, так как она непосредственно связана с едва ли не наиболее сложным и запутанным, и уж во всяком случае наиболее дискуссионным вопросом термодинами­ ки— вторым началом термодинамики. Второе начало и по своему методологическому содержанию и как исключитель­ но трудная методическая задача неизменно привлекало к себе особое внимание В. С. Жуковского. «Особенно ради­ кально в этом курсе переработаны отделы, посвященные второму началу. Хорошо известен тот факт, что отличное владение аппаратом второго начала отнюдь не является сви­ детельством серьезного понимания его действительного физического смысла». Эти строки, заимствованные из пре­ дисловия к книге 1934 г. издания, весьма красноречиво

серьезностью подходил он к ее решению уже в самом на­ чале своей работы над созданием курса термодинамики.

Очень характерно, что уже в первом издании своего курса В. С. Жуковский отказывается, в нашей учебной литературе впервые, от классической системы изложения второго начала, уходящей корнями в работы Р. Клаузиуса и В. Томсона (Кельвина), мотивируя это тем, что она отли­ чается «известной узостью» (так как имеет в своей основе только рассмотрение свойств круговых процессов тепловых машин) и вместе с тем страдает «некоторой невыдержан­ ностью аргументации, ибо не проводит резкой грани между квазистатическими (обратимыми) и нестатическими (необ­ ратимыми) процессами». Принимается другая система, которая самим автором характеризуется следующим обра­ зом: «В настоящем курсе принята система, которая по ма­