В океане энергии

Величину, описывающую тепловые процессы и не зависящую от количества вещества, можно получить следующим образом. Сначала надо узнать, что произойдет с энтропией порции идеального газа, если сообщить этой порции дополнительную энергию. Ну что ж, ответить нетрудно. Увеличить энергию порции газа — это значит увеличить энергии отдельных молекул. Больше величина максимально возможной энергии каждой молекулы, боль» ше и количество различных значений, которые может принимать энергия этой молекулы. А раз больше количество различных значений — значит, больше статистический вес. При прочих равных условиях с увеличением энергии увеличивается энтропия.

Предположим теперь, что энергия некоторого объема газа увеличилась на АЕ, а энтропия при этом увеличилась на AS. Величину отношения Т= ^ называют абсолютной температурой, она показывает, насколько изменится энергия тела или системы, если известно, что энтропия изменилась на заданное значение.

Энергия — величина аддитивная. Если рассматриваемая система состоит из молекул, а в общем случае из каких-то частей, то энергия системы равна сумме энергий частей. В случае, когда энергия распределяется между частями равномерно, можно считать, что энергия системы равна некоторой средней энергии, приходящейся на одну часть, помноженной на количество частей. Все то же самое справедливо и для энтропии. Энтропия системы складывается из энтропии составляющих эту систему частей, и в случае равномерного распределения можно считать, что энтропия системы равна некоторой средней энтропии, приходящейся на одну часть, помноженной на количество частей. При равномерном распределении то же справедливо и для приращений энергии и энтропии соответственно АЕ и AS. Когда вычисляют АЕ

отношение-д^-, количества частей в числителе и знаменателе сокращаются. Величина отношения не зависит от количества частей.

Абсолютная температура Т и есть то, что мы искали,— термодинамическая величина, не зависящая от количества вещества. Поскольку энтропия — величина безразмерная, размерность температуры совпадает с размерностью энергии. Но говорить, что температура — то же самое, что энергия, например средняя энергия, приходящаяся на одну часть (молекулу), было бы неправильно. Температура — это величина, показывающая, насколько изменяется энергия при данном изменении энтропии. К сожалению, никакого более простого определения вридумать не удается.

Теперь вам ясно, почему мы начали эту главу с намека на то, что температура — понятие тонкое, и обращаться с ним надо с осторожностью? Мы готовы также ответить на вопрос, поставленный в разделе «Можно все, кроме того, что нельзя». Какова связь между выведенным в этом разделе соотношением и уравнением Клапейрона?

"Отношение, выведенное в разделе «Можно все, кроме того, что нельзя», представляет собой одну из форм записи соотношения неопределенностей Гейзенберга. Оно справедливо всегда, для всех без исключения физических объектов. Можно рассмотреть один случай, когда система состоит из большого числа частей (молекул) и находится в равновесии как внутри себя, так и с внешней средой. Энтропия такой системы равна своему максимально возможному значению и постоянна. Только в этом случае можно считать, что средняя энергия, приходящаяся на одну часть (молекулу), представляет собой температуру. При таких условиях это соотношение совпадает с уравнением Клапейрона.

Если хотят измерить температуру не в единицах энергии, а в градусах, используют специальный коэффициент пересчета, получивший название постоянной Больц-мана и равный 1,38-10~16 эрг/°К. Постоянная Больцма-на входит в состав универсальной газовой постоянной. И та, и другая постоянные потому и имеют такой неудобочитаемый вид, что за единицу измерения температуры, названную градусом, без каких-либо на то оснований приняли совершенно произвольную величину, т. е. одну сотую разности между температурой кипения воды и температурой таяния льда.

Настала пора подвести итоги. Два важных обстоятельства мы обсудили достаточно подробно и с разных сторон. Какие? Повторим их кратко.

Первое. Тепловая энергия, или теплота, на самом деле есть обычная механическая, точнее кинетическая, энергия движения большого числа частиц (молекул или атомов). При условии, конечно, что тепловая энергия распределена между ними равномерно, т. е. нет никаких поводов, по которым для отдельных молекул какие-то значения были бы более предпочтительными. Частицы тела, имеющего запас тепловой энергии, непрерывно взаимодействуют друг с другом, обмениваются своими энергиями.