На лицах пары работников, что успели поучиться до революции в высших учебных заведениях Киева, где преподавали термодинамику, появилось недоумение.
Почему ДВС нельзя описывать в рамках догмы Карно? Давайте разберёмся — продолжил Матвей.
— Во-первых, рабочее тело в ДВС не используется при работе двигателя повторно, а выбрасывается в окружающую среду. С точки зрения полноценной термодинамики это чрезвычайно важная особенность, качественно меняющая картину работы двигателя! В частности, возможна ситуация, когда двигатель будет вырабатывать больше механической энергии, чем выделилось при взаимодействии топлива и окислителя! За счёт превращения части тепла исходного тепла окислителя и топлива в полезную работу. Это на первый взгляд противоречит классической термодинамике, созданной трудами Карно. Но если взглянуть на проблему шире, то становится ясно, что противоречия-то как раз нет! Второе начало термодинамики — неубывание энтропии, в данном случае выполняется. Просто те, кто загипнотизирован «циклом Карно», как единственной возможной реализации идеального теплового двигателя, не замечают, что в ДВС, где состав рабочего тела меняется, и оно выбрасывается после осуществления рабочего хода, возникают принципиально иные возможности, которые в двигателе Карно не рассматриваются.
Проиллюстрируем их. Рассмотрим тепловую машину, которая может работать… без холодильника!
Кто-то из инженерно образованных слушающих выкрикнул:
— Невозможно!
— Возможно! Если по-пристальнее проанализировать работу двигателя с изменяющимся рабочим телом, либо удаляемым после рабочего хода.
— Простейший случай. Есть цилиндр, разделённый поршнем на две части, находящийся в состоянии теплового равновесия, т. е. температура везде в нём одинакова. Поршень теплопроницаем, т. е. тепло проходить через него может. Цилиндр же теплонепронецаем. Получили хорошую карикатуру на реальный ДВС. В одной части — находится сжатый газ, в другой части газа нет. Т. е. там пустота. Или нет? Нет! Поскольку у нас есть требование теплового равновесия, то с другой стороны у нас будет газ… фотонов теплового излучения, находящихся в состоянии теплового равновесия. Назовём такой фотонный газ… Флогистоном! Но его давление будет настолько мало по сравнению с давлением создаваемым атомами газа, в диапазоне обычных температур, при которых ещё возможно существование цилиндра и поршня из обычного вещества элементы которого описаны в таблице Менделеева, что ощутимого давления на поршень он не разовьёт. Более того, подобный газ тепловых фотонов будет и в той части цилиндра, где находится обычный атомарный газ. Поэтому давление теплового фотонного газа будет скомпенсировано с обеих частей поршня. Пусть у нас поршень имеет возможность двигаться в сторону пустого пространства. Он и двинется, преобразуя энергию теплового движения атомов газа в свою механическую. Если поршень движется очень медленно, то вся система будет находится в состоянии теплового квазиравновесия, и газ совершит работу, без холодильника!
