Раздел III. Элементы современной физики 167

цилиндра пар затем выпускается в среду с меньшей темпе­ратурой, где он снова превращается в воду (конденсат), причем конденсат в дальнейшем более не используется. Карно ставит вопрос о возможности использования отрабо­танного конденсата, о возможности возвращения конден­сата в котел, где он вновь нагреется, превратится в пар, который при своем дальнейшем расширении вновь совер­шит работу над поршнем. Таким образом, вода будет про­ходить полный цикл — ряд процессов, в результате которых возвратится в исходное состояние.

Второй важный шаг состоял в том, что Карно устано­вил, что подобный непрерывный циклический процесс воз­можен лишь при наличии двух нагревателей: нагревателя при высокой температуре T_t и холодильника при более низкой температуре Т₂. Кроме нагревателя и холодильника необ­ходимо рабочее тело. Рабочее тело, забирая у нагревателя количество теплоты (?/, произведя работу, для восстанов­ления своих исходных параметров (для обеспечения непре­рывности цикла) должно отдать некоторое количество теп­лоты qj холодильнику. Осноныилясь на теплородной тео­рии теплоты, Карно полагал, что "падение теплородной суб­станции", обусловленное ра шостыо температур нагревате­ли н холодильника, аналогично падению воды с более вы­сокою уроним на шпкш'1. Так что работа определяется пе­репадом между температурами теплорода в нагревателе и хо­лодильнике. Однако, считая теплород сохраняющейся суб­станцией, Карно пришел к ошибочному выводу, что все количество теплоты Q_h взятое у нагревателя, отдается хо­лодильнику.

Далее Карно вводит для характеристики тепловой маши­ны понятие коэффициента полезного действия (КПД), рас­сматриваемого как отношение работы, совершаемой рабочим телом, к количеству теплоты qj, взятой у нагревателя:

КПД = (А/Ол)-100%.

Основная задача, решение которой являлось целью ра­боты Карно, состояла в определении, от чего же зависит

168 Концепции современного естествознания

КПД тепловой машины. При этом он демонстрирует поис­тине научно-теоретический подход, ибо пытается опреде­лить КПД машины независимо от "какого-либо механиз­ма", "какого-либо определенного агента", то есть предла­гает рассмотреть идеальную тепловую машину. Основная особенность этой идеальной машины состоит в том, что все изменения в ней должны происходить обратимым путем.

Обратимым называется процесс, который может идти как в прямом, так и в обратном направлении, и по возвра­щении системы в исходное состояние не происходит ника­ких изменений. Любой другой процесс называется необра­тимым. Оказывается, если исключить из рассмотрения яв­ления, происходящие в микромире, то в природе строго обратимых процессов не существует. Еще Лазар Карно об­ратил внимание на то, что для достижения наивысшего КПД при постройке и эксплуатации механического устройства-следует сводить к минимуму удары, трение, иными слова­ми, все процессы, которые приводят к потере "живой силы". Сади Карно строит свою теорию, рассматривая яв­ление получения движения из тепла, исходя из самых об­щих соображений, отвлекаясь от разнообразных частных факторов в функционировании машины. Он пытается оп­ределить, от чего зависит максимальный КПД машины. Поэтому он и берет в рассмотрение идеальную машину, су­щественными особенностями процесса которой является циклический и обратимый характер. В качестве рабочего тела Карно использует воздух, чтобы избежать сложностей, связанных с изменением фазы — превращением воды в пар, а затем пара — в воду. Более того, Карно приходит к вер­ному заключению о том, что для повышения КПД надо ис­ключить прямые контакты между нагревателем и холодиль­ником, чтобы ни одно изменение температуры не было обус­ловлено прямыми потоками тепла между двумя телами, на­ходящимися при различных температурах. Эти потоки не производили бы никакой механической работы и приводи­ли бы к снижению КПД.