Первый закон термодинамики построен на детских ошибках.

[Petruccio]

То что в первом начале термодинамики есть определенная лажа, доказать очень просто. Надо просто взять в руки калькулятор и немножко посчитать.

Рисунок к тексту - см. здесь: http://gidepark.ru/community/603/article/224434
Извиняюсь, не научился вставлять рисунки в dxdy - если кто может оказать помощь и подробно рассказать. как это делается, помещу сюда и рисунок.

Давайте рассмотрим начало обычного цикла Карно. Предположим, что в цилиндре с поршнем при начальном объеме 1 литр и давлении в 1 атмосферу (760 мм ртутного столба) и при температуре 0°C содержится некий идеальный газ Gp (Gaz parfait, идентичный по своим основных характеристикам гелию He). Это начальное состояние газа обозначено на графике точной {B}.
Характеристики Gp:
Молярная масса M = 4,0026 г/моль, поэтому нетрудно подсчитать, что в 1 литре ($V$ = 1000 куб.см) при 0°C ($T$ = 273 K) и давлении в 1 атм ($p$ =101325 Па = Н/кв.м) будет находиться 0,1787 граммов этого газа:
$m$ = 0,1787 г.
Молярная теплоемкость газа постоянном объёме:
$C_V$ = 20,773 Дж/К*моль.
Предположим, что площадь поршня $S$ = 100 кв. см. Если мы рассматриваем цикл Карно, нам никуда не деться от «нагревателя», который, кстати сказать, ничего в цикле Карно не нагревает, ни от «холодильника», который ничего не охлаждает. И «нагреватель» и «холодильник» предназначены лишь для поддержания определенной температуры. Пусть температура холодильника будет $T_{ref}$ = 273 K (0°C) и $T_{foyer}$ = 546 K. Изотермы, соответствующие данным температурам, изображены на рисунке 1 синей и красной пунктирными линиями.
Так как сила $F_{atm} = p_{atm} S$ , создаваемая атмосферным давлением, равна силе, создаваемой идеальным газом в состоянии {B}:
$F_B = p_B S = F_{atm} = p_{atm} S$,
то поршень, в полном соответствии с законами механики Ньютона, находится в уравновешенном состоянии и неподвижен.
Рассмотрим самый первый шаг в цикле Карно – это изотермическое сжатие газа внутри цилиндра {B}-{C} посредством воздействия на поршень внешней силы с использованием «холодильника».
Надо сказать, что сама по себе идея проведения любого изотермического процесса при уровне современных знаний о газах (а не двухсотлетней давности) – полнейшая чушь. Так устроен мир в котором мы живём. Даже наиболее продвинутые физико-теоретики в своих монографиях, учебниках и курсах лекций признаются, что провести настоящий изотермический процесс на практике невозможно, можно лишь провести квазиизотермический процесс, состоящий из изохорных, изобарных и адиабатических процессов. Чтобы получить идеальную изотерму физико-теоретики предлагают создать изотермический процесс из бесконечно большого числа других элементарных термодинамических процессов, на которые будет затрачено бесконечно большое количество времени.
Для тех, кто не понял, переведу физико-теоретические замыслы на русский язык. Погаснет Солнце, люди, возможно, переселятся в другую звездно-планетную систему, может быть, даже в другую Галактику, а цикл Карно как был в точке {B}, так и останется. Потому что слова «бесконечно долго» в переводе на русский язык означают просто-напросто «никогда». Риторический вопрос: интересно, а зачем в школе и на первых курсах вузов так настырно и так истово изучают цикл Карно, включающий в себя две идеальные изотермы, каждая из которых никогда не сможет быть реализована на практике?

Итак, самое первое действие в цикле Карно – это изотермическое (пусть будет квазиизотермическое) сжатие газа из положения {В} в положение {С}. Физико-теоретики и различные курсы лекций наперебой убеждают нас в том, что при изотермическом процессе изменения внутренней энергии газа не происходит Δ$U$ = 0. Ну, еще бы – ведь кто-то из гениальных физико-теоретиков изобрел формулу $U=\frac{3NkT}{2}$. Некоторые даже утверждают, что якобы эта формула была выведена эмпирически! О как! Судя по этой формуле при квазиизотермическом процессе количество молекул внутри поршня остается неизменным $N = const$, а температура $T$ тоже не меняется – ведь процесс, хоти и квази – но все же ИЗОтермический.
Допустим, мы квазиизотермически, постоянно, небольшими ступеньками наращивая внешнюю силу на поршень и давая после каждого увеличения внешней силы температуре газа Gp сравняться с температурой холодильника, уменьшили первоначальный объем внутри цилиндра вдвое. При этом температура Gp осталась неизменной, а давление выросло вдвое – до 2 атмосфер. Это состояние газа Gp обозначено на рис 1 точкой {C}.
Кстати, нетрудно подсчитать, какова должна быть дополнительная внешняя сила Δ$F$, удерживающая поршень в положении {C}.
Δ$F = F_C$ – $F_{atm} = (p_C$ – $p_{atm}) S$ = 1 атм * 100 кв.см = 101325 Н/кв.м * 0,0001 кв.м. = 10,13 Н.
Посчитаем количество теплоты, которое забрал «холодильник» от 0,1787 граммов Gp при его сжатии (а, значит, и выполненную при этом работу) по формуле, соответствующей современным представлениям о первом начале термодинамики:
$Q = A = \frac{m}{M}\cdot R \cdot T \cdot ln(\frac{V_C}{V_B})$

$m$ = 0,1787 г,
$M$ = 4,0026 г/моль,
$R$ = 8,31411 Дж/К*моль,
$T_{ref}$ = 273 K,
$V_C$ = 0,5 л,
$V_B$ = 1,0 л.

Подставив числа в формулу, получим:
$Q = А$ = -70,24 Дж

То есть нас убеждают в том, что «холодильник», отобрав у рабочего тела, 0,1787 граммов газа Gp 70,24 Джоуля теплоты, тем самым обеспечил выполнение работы по сжатию газа «на ту же самую сумму»?
Вам не кажется это странным? Мне – кажется. А где же работа внешней силы? Почему она никак не учитывается гениальными и не очень гениальными физико-теоретиками, авторами бесчисленных курсов лекций и монографий?

Давайте попробуем разобраться в этом вопросе сами.
Поступим мы очень просто. Давайте попробуем прийти из точки {B} в точку {C} другими путями и посмотрим, что у нас из этого получится. Не будем дробить один квазиизотермический процесс {B}-{C} на миллиарды изобар и адиабат, а довольствуемся лишь одной изобарой и одной адиабатой в каждом пути. Таких путей есть два (причем, надо сказать, что пути – вполне реальные, в не виртуально-теоретические):
Первый путь: сначала адиабатное сжатие газа Gp силой Δ$F$ = 10,13 Н (кривая {B}-{L}), а затем – взаимодействие газа Gp c «холодильником» - изобарное сжатие по линии {L}-{C}.
Второй путь – наоборот, сначала изобарное сжатие за счет охлаждения газа Gp суперхолодильником, имеющим постоянную температуру 207 K (т.е. - 64°C) по линии {B}-{M}, а затем – надавливание на поршень той же самой внешней силой Δ$F$ = 10,13 Н, вследствие чего охлажденный газ будет адиабатически сжат до состояния {C} (кривая {M}-{C}).
Используя интегральное счисление, нетрудно посчитать количество работы, выполненной внешней силой Δ$F$ при адиабатическом сжатии (напоминаю, что теплота, тепловая энергия, при адиабатических процессах не передается) и количество теплоты, полученной холодильником или суперхолодильником при охлаждении газа Gp в каждом из вариантов.
У меня получились следующие цифры:
Объем $V_M$ = 757,9 куб.см.
Объем $V_L$ = 659,8 куб.см.

Путь номер один (1):
Работа внешней силы (привожу все цифры в абсолютных величинах):
$A_{BL}$ = 48,5 Дж (площадь фигуры Bx-B-L-Lx)
Отобранное холодильником тепло:
$Q_{LC}$ = 32,4 Дж (площадь фигуры, прямоугольника, Lx-L-C-Cx)
Полная работа
$A_{BLC}$ = 80,9 Дж.

Путь номер два (2):
Отобранное суперхолодильником тепло:
$Q_{BM}$ = 24,5 Дж (площадь прямоугольника, Bx-B-M-Mx)
Работа внешней силы:
$A_{MC}$ = 37,0 Дж (площадь фигуры Mx-M-C-Cx)
Полная работа
$A_{BMC}$ = 61,5 Дж.

Полная же работа, произведенная над газом Gp в квазиизотермическом процессе, как раз попадает между этими значениями: $A_{BMC}$= 61,5 Дж меньше $A_{BC}$ = 70,2 Дж меньше $A_{BLC}$ = 80,9 Дж. Поэтому я могу совершенно четко сказать, что:
- количество теплоты, отданной холодильнику при квазиизотермическом процессе будет находиться в диапазоне 24,5 – 32,4 Дж, а работа внешней силы – в диапазоне 37,0 – 48,5 Дж.
Можно разбить изотерму {B}-{C} на большее количество элементарных процессов, приблизиться к изотерме с обоих сторон графика ассимптотически и вывести изящную формулу для определения количества теплоты, отобранной у газа Gp «холодильником» при квазиизотермическом процессе, но мне это не интересно. Лично мне хватает приведенной в данной статье информации для того, чтобы заявить: вы, уважаемые физико-теоретики, совсем как некто из басни дедушки Крылова: «слона-то я и не приметил», то есть внешнюю силу, которая производит большую часть работы при сжатии газа, вы как раз и не приметили.

Кстати, отсюда следует очень интересный вывод:
Первое начало термодинамики в его современной интерпретации – это полнейшая чушь.

Интересно, как бы донести эту информацию до РАН и до МинОбрНауки? Ведь они до сих пор верят в незыблемость первого начала термодинамики в этом извращенном его виде и продолжают готовить из студентов с неокрепшими умами все новые и новые полчища апологетов этого порочного понимания термодинамики.

[Joker_vD]

Petruccio в сообщении #388175 писал(а):

ведь кто-то из гениальных физико-теоретиков изобрел формулу U=3NkT/2. Некоторые даже утверждают, что якобы эта формула была выведена эмпирически! О как!

Вы не поверите — но эта формула является определением температуры газа. $T \stackrel{def}{=} \frac{2U}{3kN}$

[Petruccio]

Представьте себе, я как-то раз слышал об этом.

Мне вот интересно насчет вывода этой формулы "эмпирически"