Чи загрожує нам теплова смерть (або новий закон руху)
О.Ф. Менших
З усіх боків лунають голоси про глобальне потепління, будуються прогнози, коли під води океану сховається Лондон і ряд інших міст світу, держави домовляються про скорочення шкідливих викидів промисловості в атмосферу, Альберту Гору в 2007 році присуджена Нобелівська премія за цикл робіт, які розкривають небезпеки, що підстерігають людство у зв'язку з прогресуючим глобальним потеплінням. Всі ці прогнози поділяються більшістю вчених, що не може не стривожити всерйоз всіх нас і зобов'язує вчених-фізиків знайти спосіб позбавлення від цієї загрози.
Спалювання різного роду палив для приведення в дію механічних систем, з одного боку, скорочує запаси цінної хімічної сировини, а з іншого боку, призводить до підвищення кількості теплової енергії на Землі, що додатково посилює глобальне потепління у світі . Який же вихід? Адже людина не може обходитися без енергії вуглеводнів, не може зупинити промисловість, відмовитися від автомобілів і літаків. Навіть використання електроенергії, одержуваної від гідросистем або сонячної радіації, не рятує положення, так як ця енергія, в кінцевому рахунку, збільшує запаси тепла на Землі.
Традиційна термодинаміка не дає рецепта позбавлення від загрози, що насувається, доводячи, що всі нерівноважні процеси перетворення енергії протікають при дотриманні принципу зростання ентропії, введеного Р. Клаузиусом в 1865 році і що лежить в основі другого початку термодинаміки, згідно з яким процес, при якому робота переходить в тепло без будь-яких змін стану системи, незворотній, тобто неможливо повністю перетворити в роботу все тепло, взяте від тіла, не проводячи ніяких інших змін стану системи (принцип Томсона). Принцип Томсона еквівалентний твердженням про неможливість вічного двигуна 2-го роду, тобто к.к.д. будь-якого теплового двигуна? =(Т1 - Т2) / Т1 менше одиниці, де Т1 - температура нагрівача, вироблена від спалювання палива, Т2 - температура холодильника, тобто температура відпрацьованих газів, що викидаються тепловим двигуном (двигуном внутрішнього згоряння) у навколишнє середовище.
У мікросвіті, тобто в світі атомів і молекул, з яких складаються всі оточують нас тіла, цей принцип порушується. Тіло, нагріте в рівноважному стані до температури Т, випромінює електромагнітні некогерентні коливання з частотами? і з суцільним спектром, спектральна щільність якого u?, T=8? h? 3/c3 [exp (h? / kT) - 1] досягає максимуму на частоті? 0, обумовленою рівністю? 0kT=h? 0, де k= 1,38 * 10 - 23 Дж / град - постійна Больцмана, h=6,62 * 10 - 34 Дж * сек - постійна Планка,? 0 - деяка постійна.
Так, при температурі Т=2980 К (250 С) частота? 0=1,97 * 1013 Гц і значення постійної? 0=3,17. При цьому максимум спектральної щільності дорівнює max u?, T=1,98 * 10 - 19 Дж / Гц м3 при ширині спектру випромінювання (за рівнем 0,707) порядку 1,4 * 1013 Гц. Отже, об'ємна щільність інфрачервоного теплового випромінювання становить при цьому? =1,98 * 10 - 19 ** 1,4 * 1013=2,77 * 10 - 6 Дж/м3. З ростом температури Т тіла щільність теплового випромінювання істотно зростає, а максимум спектральної щільності зсувається в короткохвильову область спектра. При певних температурах тіло випромін...
