Лорд Кельвин. Классическая термодинамика

На первом этапе газ испытывает изотермическое расширение, вступая в контакт с полюсом температуры Т₁ (обозначен белой структурой, окружающей поршень); его давление уменьшается с Р₁ до Р₂, объем увеличивается с V₁ до V₂ и он приобретает тепло от этого полюса. Однако температура газа не меняется, и его кинетическая энергия остается прежней, а все переданное газу тепло используется для совершения механической работы в поршне (который толкается газом вверх). Следующий этап — это адиабатическое расширение, то есть без теплообмена с внешней средой. Температура газа уменьшается с Т1 до Т2, его объем увеличивается до V₃, а давление уменьшается до Р₃. Работа поршня осуществляется за счет кинетической энергии газа, которая уменьшилась, поскольку это же произошло с температурой. Третий этап — это изотермическое сжатие. Газ вступает в контакт с источником температуры Т₂, его объем уменьшается до V₄, давление увеличивается до Р₄. Поскольку температура не меняется, то не меняется и кинетическая энергия газа, и работа производится благодаря теплу, переданному газом источнику низкой температуры. Последний этап — это адиабатическое сжатие. Объем газа сокращается, его давление и температура растут до первоначальных значений, и за счет увеличения кинетической энергии осуществляется работа. Машина может работать, извлекая тепло из теплого источника (при этом получается тепловой насос) или из холодного (тогда получается охлаждающая машина). Производительность (то есть частное между произведенной работой и теплом, поглощенным из теплового полюса Т₁ машины Карно равна

Формула устанавливает максимальный предел производительности любой тепловой машины, работающей между Т_± и Т₂. Здесь W— произведенная работа, Q — тепло, переданное от источника тепла газу.

АБСОЛЮТНАЯ ТЕМПЕРАТУРНАЯ ШКАЛА

Существовал один вопрос, связанный с опытами Джоуля и теорией Карно, который имел для Томсона большое значение — как теоретическое, так и практическое: измерение температуры и, конкретнее, установление температурной шкалы, основанной на известных физических законах, а не на тепловых свойствах материалов, из которых производили термометры. Точка зрения Томсона отличалась от общепринятой.

ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ШКАЛЫ