Многочисленные опыты показывают, что все тепловые процессы необратимы в отличие от механического движения. Если реализуется какой-либо термодинамический процесс, то обратный процесс, при котором проходят те же тепловые состояния, но только в обратном порядке, практически невозможен, т.е. термодинамические процессы необратимы.
Второе начало термодинамики утверждает, что теплота не может самопроизвольно перейти от системы с меньшей температурой к системе с большей температурой.
С.Карно в 1824 г. показал, что любая тепловая машина должна содержать помимо источника теплоты (нагревателя) и рабочего тела, совершающего термодинамический цикл (например, пара), еще и холодильник, имеющий температуру более низкую, чем температура нагревателя. Обобщение вывода Карно на произвольные термодинамические системы и позволило Р.Клаузиусу сформулировать в 1850 г. указанное Второе начало. В формулировке английского физика В.Томсона (1851) Второе начало утверждает, что невозможно произвести механическую работу за счет охлаждения одного теплового резервуара. Обе приведенные формулировки Второго начала, являясь эквивалентными, подчеркивают существенное различие в возможностях реализации энергии, полученной за счет внешних источников и энергии беспорядочного (теплового) движения частиц тела.
Возможность использования энергии теплового движения частиц тела (теплового резервуара) для получения механической работы означала бы реализацию так называемого вечного двигателя 2-го рода, работа которого не противоречила бы Закону сохранения энергии.
В середине XIX в. активно обсуждалась проблема тепловой смерти Вселенной, сформулированная В.Томсоном в 1851 г. Рассматривая Вселенную как замкнутую систему и применяя к ней Второе начало термодинамики, Р.Клаузиус в 1865 г. распространил принцип возрастания энтропии на всю Вселенную. Это привело его к утверждению, что все формы движения со временем должны перейти в тепловые. Переход же теплоты от горячих тел к холодным приведет к тому, что температура всех тел во Вселенной сравняется, т.е. наступит полное тепловое равновесие и все процессы во Вселенной прекратятся. Однако, по мнению ряда ученых, такое утверждение неправомерно, поскольку Вселенная бесконечна и является разомкнутой системой. Другие возможные механизмы, обеспечивающие отсутствие в природе Тепловой смерти, до недавнего времени не рассматривались.
10.3.0 некоторых недостатках современной термодинамики
Несмотря на, казалось бы, полную завершенность термодинамики как науки и многочисленные подтверждения ее положений на практике, считать, что все проблемы теории теплоты решены, нет основания. Некоторые принципиальные
явления до настоящего времени не осознаны в должной мере, а по некоторым из них в свое время прошли ожесточеннейшие дискуссии.
Прежде всего до настоящего времени не выяснены многие физические процессы, связанные с понятиями теплоты и температуры. Конечно, сегодня уже ни у кого не вызывает сомнения факт реализации тепловой энергии в виде хаотического движения молекул в пространстве или колебаний молекул в твердом теле или жидкости. Однако до сих пор распределение энергии между степенями свободы молекул носит все еще гипотетический характер, а формы и сам механизм колебаний молекул в твердом теле и в жидкости практически не определены.
Каков механизм температуры в твердых телах и в жидкостях, какова форма колебаний молекул? Удар приходится по внешней электронной оболочке, почему же колеблется вся молекула? Относительно чего колеблется ядро и за счет каких упругих связей - межмолекулярных соединений или упругости самой электронной оболочки? Что колеблется при тепловом движении - вся масса молекулы, как пружинный маятник, или только деформируется электронная оболочка, колеблясь наподобие камертона, когда центр тяжести остается неподвижным в пространстве?
Что такое теплота плавления и испарения, каков механизм разрушения межмолекулярных связей?
Что представляют собой «электромагнитные излучения» остывающего тела и как вообще электрически нейтральная молекула, да еще имеющая малые размеры, может генерировать длинноволновое электромагнитное излучение?
Имеются природные процессы, явно не соответствующие «хорошо установленным» положениям термодинамики. Одним из таких процессов является образование устойчивых газовых вихрей типа смерчей и циклонов.
При формировании газового вихря происходит самопроизвольное сжатие тела вихря давлением окружающей вихрь атмосферы, что приводит не только к уменьшению его диаметра, но и к тому, что энергия его вращения возрастает за счет преобразования потенциальной энергии атмосферы в кинетическую энергию его вращения. При этом соблюдается Закон постоянства момента количества движения, и чем тоньше становится вихрь, тем больше энергии в него закачивается. В природе этот процесс наблюдается достаточно часто. Самопроизвольное накопление энергии при формировании газовых вихрей в принципе противоречит идее роста энтропии в природных процессах, в которых не участвует третий агент. Однако этот процесс, явно противоречащий Второму началу, практически не рассмотрен ни термодинамикой, ни газовой динамикой.
Совершенно недостаточна теория так называемых тепловых насосов - устройств для переноса тепловой энергии от теплоотдатчика с низкой температурой (чаще всего окружающей среды) к теплоприемнику с высокой температурой. Кстати, именно тепловые насосы со всей очевидностью демонстрируют условность представления о кпд - коэффициенте полезного действия.
Тепловой насос представляет собой обыкновенный холодильник, конденсор которого, расположенный на его задней стороне, используется в качестве нагре
