Как известно, целевое предназначение тепловой машины, работающей по обратному циклу, состоит в понижении температуры некоторого тела окружающей среды. В естественных условиях температура тел окружающей среды может понизиться до некоторого значения, обусловленного природными факторами Земли. Как известно, материя находится в движении. Различные науки изучают различные формы движения материи. При температуре окружающей среды, равной Т = О К = —273,15°С, прекращается движение атомов и молекул. Если тело находится на поверхности Земли и неподвижно, его кинетическая и потенциальная энергия равны нулю. Если к тому же и температура тела равна абсолютному нулю Т = О К = —273,15° С, то оно не обладает ни одним видом энергии. Природа становится «мертвой». В естественных условиях температура тел окружающей среды не может самопроизвольно понизиться до этого значения. В то же время, температуру тел можно понижать с помощью специальных устройств, затрачивая при этом энергию в механической форме. В связи с этим возникает вопрос: «Можно ли понизить температуру тел окружающей среды до абсолютного нуля?»
|
|
Для поиска ответа на этот вопрос запишем выражение (8.73) в виде
(8.136)
И проанализируем его.
|
(8.137) |
Для достижения температуры абсолютного нуля Т2 = ОК, как видно из приведенного выше уравнения, необходимо затратить бесконечно большое количество механической энергии
Wpe3 = Q2^=Q2-^-00, [Т^О].
Таким количеством энергии в механической форме природа не располагает. Даже если мы охладим тело до температуры абсолютного нуля, поддерживать эту температуру будет невозможно: необходимо иметь идеальный теплоизолятор. Скорость, с которой необходимо совершать работу по поддержанию охлажденного состояния, должна быть достаточна для компенсации этого притока теплоты и, следовательно, пропорциональна множителю Карно (Т2 — Тх)/Т2.
Скорость, с которой энергия в форме теплоты сообщается охлажденному объекту, пропорциональна разности температур между объектом и окружающей средой, т. е. Q = Mcy[Ti — Т0), т. е. минимальная скорость совершения внешней работы (минимальная затрачиваемая нами мощность) равна:
AT ^ (Гнагр — Тхол) ^ рез ~————————— 7р————— •
■L ХОЛ
В этой формуле температура охлаждаемого объекта (температура холодильника) стоит в знаменателе и с ее приближением к нулю требуемая минимальная мощность неограниченно возрастает. Выходная мощность всех энергетических установок мира не в состоянии поддержать температуру какого-либо объекта, равную абсолютному нулю.
Таким образом, если мы не обладаем источником бесконечной мощности, мы не сможем достигнуть абсолютного нуля. Абсолютный нуль температуры нереализуем, т. е. недостижим. В этом состоит смысл третьего закона термодинамики.