Введение

Известно, что тепловые машины вырабатывают примерно 80 - 85% электрической энергии, используемой человечеством. Кроме того, без тепловых машин совершенно невозможно представить современный транспорт - автомобили различных конструкций и марок, тепловозы, самолеты всех типов и двигатели космических аппаратов. Общим для всех тепловых машин является то, что в них совершается преобразование энергии сгорающего топлива в механическую, которая и создает силу тяги всего устройства.

Первым этапом на пути преобразования энергии топлива в механическую явилось создание паровой машины. Двигатели внутреннего сгорания появились спустя полтора столетия, а транспортные средства, оснащенные реактивными двигателями, заявили о себе лишь в последние десятилетия. Паровые машины в течение двух столетий не только выдержали конкуренцию со стороны водяных и ветряных двигателей, имеющих длительную историю применения, но и почти полностью вытеснили их. Широкое распространение паровых машин вызвано рядом конструктивных особенностей, отличающих их от двигателей, приводимых в движение силой падающей воды или ветра. Паровая машина может работать когда угодно и где угодно: она не зависит от капризов погоды и не нуждается в быстрых течениях рек. Не менее важен и тот факт, что даже первые паровые машины отличались компактностью, высокой для того времени мощностью и, что самое главное, широкими возможностями для усовершенствования. Правда, первый образец паровой машины - насос Севери - имел коэффициент полезного действия всего лишь 0,6%, но ученые и инженеры на протяжении многих десятилетий не прекращали поиски путей его повышения. Однако добиться существенных успехов в этом направлении удалось только после того, как были поняты процессы перехода теплоты в работу, после того, как была раскрыта природа теплоты и завершено создание термодинамики.

Основы термодинамики были заложены французским военным инженером С. Карно. В своей книге "Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу", вышедшей в Париже в 1824 г., он дал инженерам и конструкторам тепловых двигателей ключ к пониманию физической сути тепловых процессов, которые осуществляются в этих двигателях. Не имея предшественников, Карно первым сумел, отвлекаясь от частностей, найти верный путь к решению проблемы повышения экономичности тепловых машин.

Следующий шаг в этом направлении был сделан соотечественником Карно, инженером Б. Клапейроном. Он развил идеи Карно, придав им доступную математическую форму, предварительно разработав графический метод изображения тепловых процессов. Именно в переложении Клапейрона работа Карно стала известна европейским физикам.

Дальнейшее развитие термодинамики связано с именами У. Томсона (лорда Кельвина) и Р. Клаузиуса. Клаузиус, изучив работы Карно, взял из них самое существенное и в общих чертах завершил построение термодинамики. Именно ему удалось математически оформить разрабатываемую им кинетическую теорию теплоты; им же сформулировано второе начало термодинамики, введено понятие энтропии. Дальнейшее развитие термодинамики было дано в работах Л. Больцмана, М. Планка и других ученых.

В первой главе предлагаемой книги дан исторический обзор научных достижений, так или иначе оказавших влияние на становление термодинамики как науки. Приведены сведения об эволюции представлений о природе теплоты, о создании И усовершенствовании паровой машины.

Вторая глава посвящена жизни и научной деятельности основателя термодинамики С. Карно. Здесь же изложены основные идеи его научных поисков. Третья и четвертая главы построены по аналогии со второй и содержат сведения о жизни и научной деятельности в области термодинамики Клапейрона и Клаузиуса.

Следует отметить, что в литературе на русском языке не существует значительных исследований об ученых, представленных в данной работе, за некоторым исключением, касающимся С. Карно.

Автор понимает сложность принятых на себя обязанностей и ни в коей мере не считает, что его работа выполнена безукоризненно. Все замечания и пожелания автор примет с благодарностью.