Юный техник 1999-05, страница 89

ВОЗВРАЩАЯСЬ К НАПF4АТАННОМУ

Рассмотрим две горизонтальные поверхности раздела фаз, как зто имеет место в кольцаре: сверху жидкость (которая удерживается пористей перегородкой), е середине пар, а внизу — снова жидкость, если на данную систему не действуют никакие внешние силы, то любая молекула жидкости при переходе из жидкой фазы в фазу пара, независимо от того, с какой поверхности она вылетела, имеет одинаковую вероятность после ряда броуновских столкновений пересечь как верхнюю, так и нижнюю поверхность раздела фаз и снова уйти в тот или иной слой жидкости. В результате отток вещества с любой поверхности из жидкости в пар равен обратному притоку вещества из пара в жидкость и результирующий поток массы равен нулю. Но ситуация кардинально меняется, если появляется некоторая внешняя сила, например сила гравитации. В этом случае на хаотическое броуновское движение молекул пара накладывается их медленный дрейф по направлению этом силы сверху вниз, и все молекулы пара имеют большую вероятность уйти на нижнюю поверхность раздела фаз, чем на верхнюю. D результате получаем медленное перемещение массы сверху вниз.

Что при этом получается с теплом? При вылете молекулы из жидкой фазы в прослойку пара ей приходится совершать определенную работу, преодолевая силу поверхностного натяжения. Ясно, что такую рабо ту смогут совершить не все молекулы, а только те, которые обладают наибольшей кинетической энергией. Именно они покидают

/

верхний слой жидкости и уносят с собой определенное количество тепла, которое передают нижнему слою. В результате верхний сло£ жидкости охлаждается, а нижний — нагревается. Полученная разность температур не может возрасти до бесконечности; она установится на таком уровне, когда перенос тепла гравитацией компенсируется обратным потоком тепла через стенки кольцара.

При этом никакого нарушения второго начала термодинамики не п"эо-исходит, напротив, все идет в соответствии с ним, согласно классическому определению: «Теплота не может переходить от холодного тела к горячему сама по себе», ha зто небольшое уточнение «сама по себе» часто не обращают внимания, но именно в нем все дело. В случае с кольцаром теплота переходит от более холодного верхнего слоя к нижнему не сама по себе — ее тащит гравитация. Не согласным с этим предлагаю рассмотреть следующую ситуацию: когда в замкнутом баке содержится воздух под давлением 100 атм и с температурой 0° С, а окружающая средз имеет давление 1 атм и температуру 20° С, будет ли