13. Другий закон термодинаміки та його статистичний зміст.

Уже зазначалося, що в природі спостерігається певна спрямованість термодинамічних процесів. Зокрема по-різному перетворюється механічна енергія у внутрішню і внутрішня в механічну енергію. Механічна енергія перетворюється увнутрішню безпосередньо і повністю. Так, у процесах падіння тіла на поверхню землі, зсування тіла по похилій площині, гальмування і зупинки екіпажа тощо механічна енергія тіла повністю перетворюється у внутрішню. Внутрішня ж енергія в механічну безпосередньо і повністю не перетворюється. Нагріте тіло саме по собі не почне рухатися вгору по похилій площині. Зауважимо, що з точки зору першого принципу термодинаміки всі згадані вище процеси однаково правомірні. Перший принцип термодинаміки вказує на кількісне збереження енергії в явищах перетворення, але не вказує на напрямленість термодинамічних процесів тому його не досить для побудови теорії теплових процесів. Цей недолік першого принципу термодинаміки усувається другим принципом.

Другий принцип термодинаміки має кілька формулювань, але всі вони за своєю суттю ідентичні. Ось деякі з них:

1. Теплота не може переходити сама по собі від тіла з нижчою до тіла з вищою температурою.

2. Неможливо побудувати періодично діючу машину, вся діяльність якої зводилася б до забирання теплоти від теплового резервуара і повного перетворення її в механічну роботу - частина теплоти неодмінно передаватиметься холодильнику.

Легко зрозуміти, що для такого двигуна не потрібно було б хо­лодильника, а створення його відкрило б необмежені можливості для виконання роботи за рахунок охолодження до нижчих температур величезних теплових резервуарів, якими є моря й океани або земна кора. Другий принцип термодинаміки застерігає від марних пошуків конструкцій подібних машин.

Щоб дістати кількісний вираз другого принципу термодинаміки, пошлемося на результати аналізу ідеальної теплової машини Карно. Як відомо, для к. к. д. циклу Карно, що складається з оборотних процесів, справджується рівність Qi - Q2 = T - T2

Після перетворення дістанемо

Якщо під Q_l і Q₂ розуміти алгебраїчні величини за умови, що теплота Q_l , яку дістає робоче тіло, - додатна, а теплота Q₂, віддана робочим тілом, - від’ємна, то рівність (7.2) можна записати так:

Відношення кількості теплоти до температури, при якій ця теплота розглядається, називається зведеною теплотою. З рівності (3) випливає, що сума зведених кількостей теплоти для циклу Карно дорівнює нулю.

14. Поняття електричного заряду. Закон Кулона.

Електростатика вивчає властивості і взаємодії нерухомих в заданій системі відліку електрично заряджених тіл і пов’язаних з ними полів. Переходами електронів з одних тіл на інші зумовлюється електризація тіл. У процесі електризації тертям одне тіло набуває негативного заряду, а друге - позитивного. Зрозуміло, що до тертя заряди обох знаків на тілах були в однаковій кількості, але в процесі тертя (контакту) заряджені частинки - електрони - перерозподіляються між тілами.

Що ж до електричних зарядів, то вони відображають тільки властивості частинок речовини, що проявляються у взаємозв’язках і взаємодіях речовини і поля. Точніше електричний заряд - властивість частинок матерії або тіл, що характеризує їх взаємозв’язок з власним електромагнітним полем і їх взаємодію із зовнішнім електромагнітним полем; кількісно визначається за силовою взаємодією тіл, які мають електричний заряд. Отже, під електричним зарядом розуміють властивість частинок речовини і фізичну величину, що кількісно характеризує цю властивість. Тому кажуть, що заряд електрона дорівнює - 1,6 • 10^-19 кулон. До речі, це найменша порція електричного заряду частинок, відомих у сучасній науці - її називають елементарним зарядом.

Ш. Кулон в 1785 році експериментально встановив закон взаємодії заряджених тіл. Закон справджується для точкових заряджених тіл. Як відомо. Під точковими розуміють тіла, розміри яких досить малі порівняно з відстанями між ними.

Взаємодію заряджених тіл Кулон вивчав за допомогою крутильних вагів,

Зрозуміло, що для визначення залежності сили F від відстані r треба було брати q_i і q₂ сталими, а для визначення залежності F від qi і q₂ - користуватися фіксованим значенням r і змінювати величину зарядів. Очевидно, щоб зменшити на кульці заряд вдвічі, досить привести її в дотик з такою самою величною незарядженою кулькою.

Вимірюючи величину сили для різних значень q_it q₂ і r, Кулон встановив такий закон: сили взаємодії двох точкових заряджених тіл прямо пропорційні добутку величини їх зарядів, обернено пропорційні квадратові відстані між ними, залежать від середовища і напрямлені по лінії до центрів тіл Закон Кулона можна застосовувати для визначення сил взаємодії точкових заряджених тіл. Якщо ж потрібно визначити силу взаємодії між протяжними зарядженими тілами, то, очевидно, їх треба розбивати на заряджені матеріальні точки і брати векторну суму сил, прикладених до всіх точок другого тіла з боку кожного зарядженого елемента першого тіла.