Карта сайта

Опыт и изучение предмета показывают ...

Опыт и изучение предмета показывают, что есть граница возможности (второй закон механической теплоты это определяет) превращения теплоты в работу. Мы уже сказали, что механическая работа может быть вполне превращена в теплоту, а теплота ни в каких условиях вполне не переходит в механическую работу. Нужны особо благоприятные условия, чтобы переход совершился, и сумма этих благоприятных условий видна из того, что мы приводим далее, как один из важнейших выводов, многократно опытом проверенных, достигнутых механическою теориею теплоты. Оказывается, что та часть тепла, которая может превратиться в механическую работу, относится ко всей потерянной теплоте, как разность (падение) температур относится к сумме начальной температуры с 273°. Эта сумма или величина градусов Цельсия, считаемых от 0°, т. е. от температуры таяния льда, называется абсолютною температурою, потому что холод в -273° Ц называется температурою абсолютного нуля.

Пусть действует какая бы то ни была машина, где нагреванием достигается, как в паровой машине, механическая работа. Очевидно, что нечто нагревается и, охлаждаясь, производит работу, причем часть тепла превращается в эквивалентное количество работы, а часть отходит к охлаждающему телу. Как вода, падая из запруды, может давать работу, если встречает колесо или другой соответственный механизм, так падением температуры можно пользоваться для получения механической работы, применяя соответственный механизм, который обыкновенно в теплотных машинах основан на том, что объем тела или давление (упругость) меняется при изменении температуры. Так, в паровых машинах низкого давления для охлаждения (уменьшения давления по другую сторону поршня) применяют холодную воду в особых холодильниках, а в машинах высокого давления - выпускаемый (мятый, или отработавший) пар имеет низшую температуру, чем производимый паровиком, т. е. совершается понижение температуры. Можно было бы думать, имея одно понятие о механическом эквиваленте теплоты (о первом законе термодинамики, или механической теории тепла), что искусство устройства калорической, или теплотной машины может быть доведено до того, что все то тепло, которым отличается нагретое тело (например, выходящий из паровика пар) от охлажденного в машине (от мятого пара в паровой машине), будет превращаться в работу, но то, что мы выше указали (по второму закону термодинамики), и показывает, что превращение в механическую работу совершается только с долею потерянных калорий теплоты, и эту долю можно узнать, зная отношение разностей температур (начальная температура без окончательной) к сумме начальной температуры с 273°. Если, например, работает в машине горячая вода, например имеющая температуру 80°, а отработавшая вода получается с температурою 20°, то падение температуры будет 60°, но на каждый килограмм воды тогда получится не вся работа 60 калорий или не 424*60, т. е. не 25 440 килограммометров работы, а только доля этого, находимая через разделение разности температур, или 60° на 80°+273°, или только 60/353 = около 1/6 всего количества теряющегося тепла, т. е. не более 25440/6 килограммометров.

В действительности еще меньше получается работы, потому что есть неизбежные, бесполезные потери тепла или энергии, например трение, лучеиспускание и т. п. И какое бы вещество ни избрали для теплотной машины, какие бы ухищрения в устройстве ни придумывали бы, превзойти долю (t1-t2)/(t1+273) можно только уменьшать бесполезные потери и приближаться к высшей пропорции, приведенною долею определяемой. Можно, по-видимому, увеличить долю превращающегося в работу тепла, уменьшая окончательную температуру t2. Если бы она была холод абсолютного нуля, или - 273°, что практически недостижимо потому уже, что никогда еще с уверенностью не наблюдали даже временно холода в - 200° (хотя Вроблевский в Кракове уже имел в своих приборах температуры, близкие к такому холоду), словом, если бы 12 было = -273°, тогда бы наша дробь (t1-t2)/(t1+273) превратилась в единицу и тогда бы все тепло, в машине теряемое, можно было превратить в работу. Так как даже при холоде в -40° многие части не могут служить, то практически низшую температуру теплотной машины нельзя считать ниже обычной температуры воды холодильника, скажем, хоть 20° Ц. Выше 400° металлы, из которых делаются машины, не могут служить прочно, смазка же действует лишь до 300°. Отсюда видна граница усилий, а именно, что наибольшая доля теплоты, которую можно перевести в работу, составляет практически менее половины. Скажем так: топливо дает, положим, а калорий, но оно передает нагреваемому телу меньше калорий, а-Ь, потому меньше, что в пределе возможности имеется только достижение равенства температур пламени топлива и нагреваемого тела, а так как пламя топлива уходит, производя нагрев, то оно и уносит с собою часть тепла, не передающуюся нагреваемому телу. Затем нагретое тело входит в теплотную машину, например в паровую. Здесь, по вышесказанному, только доля, притом меньшая половины от а-Ь, превращается в механическую силу, большая часть идет в холодильник. А потому с пользою возможно применить к механическому движению только весьма малую долю тепла или энергии топлива.

Обыкновенные паровые машины среднего качества и незначительной силы (с расширением, без холодильника) требуют на каждую лошадиную силу в час около 5 кг добротного каменного угля, развивающего при горении около 8 тыс. кал на каждый килограмм угля. Наилучшие из существующих паровых машин больших размеров жгут в час, однако, не более 1 кг такого угля. Один килограмм угля, сгорая, дает 8 тыс. кал в час, или в секунду более 2 кал. Если бы можно было всю эту теплоту превратить без всяких потерь в работу, то ежесекундно получалась бы работа (424*2), равная 848 килограммометрам. В действительности работа не превосходит 1 паровой лошадиной силы, или 75 килограммометров, что составляет менее одиннадцатой доли от 848 килограммометров. Из сказанного выше будет понятно, что улучшения возможны, но ограниченны, так что надежда получить при помощи 5 кг угля в час 5-сильную машину не содержит невозможного, но 25 сил получить недостижимо уже11. Так закон, открытый в природе, ограничивая, полагая предел усилию, дает власть, свободу, волю, но в пределе. Классической свободе границ не полагается, все можно ей - казалось и еще кажется, и никаких эквивалентов она не признает. А тут и эквивалент недостижим не только по существу дела, но сверх того и по практической невозможности достигнуть соответственного предела. К пределу возможности стремиться законно, но достигнуть его невозможно. Предел достижимого - закон природы, тот реальный идеал, которого древние, включая Платона и Сократа, вовсе не понимали, хотя и оставили стройное понятие об идеале, проникающее всю нашу цивилизацию. Воспитаннику классицизма трудно освоиться с самою мыслью о пределе, столь ясно выраженном в рассмотренном примере, но вам, в наше время, думаю, уже легко поразобраться. Думаю, что для вас, как юриста, найдутся соответственные примеры в жизненной практике, в истории людей.

Мечтатели одинаковы во всех отраслях свободной мечты. Иной мечтает достичь полного равенства, другой - вечного двигателя, один ищет уничтожить налоги, другой хочет при помощи жидкой угольной кислоты и теплоты окружающего воздуха осчастливить человечество, даром получить движение. Люди называют одного безумцем, а другого лишь мечтателем, иногда даже почитают словом "искателя". А я думаю, что и тот, и другой, и третий одинаково судят о том, чего не знают и что уже (это наречие здесь очень важно) известно, и если бы судьям и подсудимым было знакомо, то они вместо нового искания Америки - постарались бы сперва побороться с дознанным, как ни стеснительно было бы им, из области полной свободы неведения обратиться в область, стесненную законами непреложными, людьми открытыми, но установленными не ими. Говоря о науках, часто применяются слова "дисциплина" такой-то науки. Это значит ведь повиновение, строгое следование закону, дознанному, сознанному и принятому. И как войско сильно своею дисциплиною, соединенною с бодрым духом свободы, но ограниченной дисциплиною, так и наука сильна своею свободою, но в своей дисциплине. За границею ее воин, если он воюет, - разбойник, человек в мундире науки вне научной дисциплины, если обсуждает - вздорный балагур, мечтатель. Не надо быть и в технике таким. Изучайте ее дисциплину или берите готовую от других знаний, технику руководящих. Тут дело не в ошибке и даже не в ошибках. Их и при дисциплине никто свободный не избегнет. Тут дело в том, чтобы уловить крупный закон, начало дисциплины, они дадут силу и свободу в определенной области. Ширины еще много -какой бы конечный предел ни был указан, вам в этой остающейся ширине надо приблизиться к пределу возможности. А потому, разумно отказавшись от мечтаемого невозможного, станем разбирать лишь возможное, а между ним наилучшее. Руководясь этим во всем исследованном, узнанном, приобретем силу, знанию свойственную. В частности, по отношению к трате топлива для машин, мы узнали, что наилучшие газовые машины жгут не более килограмма угля в час. Но это только большие. Между малыми, какие и будут отвечать малому заводу, нами в проекте обсуждаемому, следует прежде всего указать на таковые машины, представляющие много особых удобств, но, во-первых, не везде применимые за недостатком газа (и массы воды, которую они требуют для охлаждения), а во-вторых, особенно пригодные там, где действие машины не безостановочно, как это будет, однако, на многих заводах, где механическая сила может быть и не нужна непрерывно.