Harmadik beszélgetés

A munka és a hő

Ha az emberek szabatosan meghatároznák azokat a szavakat, amelyeket használnak, kevesebb vita volna

VOLTAIRE

OLVASÓ Hajlandó vagy végre valamit mondani a kémiai anyagi kölcsönhatáshoz tartozó jellemző intenzív mennyiségről? Úgy kerülgeted, mint macska a forró kását!

SZERZŐ Ne türelmetlenkedj! Menjünk szép sorjában! Idézzük csak fel, mi is történik egy-egy kölcsönhatás során: A jellemző intenzív mennyiségek különbségének hatására extenzív mennyiségek áramlanak egyik helyről a másikra. Tekintsük most csak az 1 részt rendszernek, a 2 részt pedig környezetnek az előző fejezet ábráján. A két rész együtt továbbra is zárt, a "külső" hatásokkal szemben tökéletesen szigetelt. A rendszerünkben (tehát az 1 részben) végbemenő minden folyamatra jellemző, hogy a rendszer energiája megváltozik. Mit is értünk az energia "megváltozásán"?

OLVASÓ Természetesen nem azt, hogy "elfogy" vagy "keletkezik", hanem azt, hogy az egyik rendszer energiát veszít, a másik rendszer pedig energiát nyer.

SZERZŐ Az említett "dugattyús" példával kapcsolatban (még a mechanikai alapismeretekből) tudjuk, hogy ha a nyomáskülönbség hatására egy rendszer térfogata ΔV értékkel változik, akkor energiája

értékkel nő meg.

OLVASÓ Ez az energiaváltozás a munka. A negatív előjel éppen azt mutatja, hogy amelyik rendszer térfogata megnő: munkát végez, és így energiája csökken.

SZERZŐ Mindig meg kell azonban mondanunk, hogy melyik rendszer nyomásáról van szó. Igaz ugyanis, hogy a kölcsönhatás során az egyik rendszer energia-, ill. térfogatváltozása abszolút értékre nézve éppen megegyezik a másik rendszer megfelelő változásaival. A nyomások azonban csak a végállapotban (az egyensúlyi helyzetben) egyenlők. Index-szel jelölve a rendszereket és felülvonással a végállapotot:

de a kezdeti (és közbenső) állapotban:

OLVASÓ Ez magától értetődő, hiszen a nyomások megegyezése esetén mechanikai egyensúly lenne a két rendszer között … De mégsem értek valamit! Az energiaváltozások megegyeznek:

A térfogatváltozások is megegyeznek:

Ebből az következik, hogy a nyomások is egyenlők. Ugyanis

ahonnan, mivel

így

ill. mivel

így

Itt valami ellentmondást látok!

SZERZŐ Felfogásod és gondolatmeneted között valóban ellentmondás van, de az elméletben nincs. A "tiszta" mechanikai kölcsönhatás csak egyensúlyi állapotban lehetséges, vagyis amikor a nyomások megegyeznek, és így térfogatváltozás nincs. A valóságban a kölcsönhatások folyamán mindig több extenzív tulajdonság változását kell követnünk. Amikor az egyik rendszer munkavégzés formájában közöl energiát a másik rendszerrel, utóbbi nemcsak munka formájában kap energiát. Vagyis igaz, hogy:

de, ha ez az energiaátadás "tiszta" mechanikai munka, vagyis

 akkor már nem igaz, hogy

OLVASÓ Ezt nem értem. Az egyik rendszer munka formájában közli az energiát, akkor a másik megkapja a munkát.

SZERZŐ Nem munkát, hanem energiát kap a rendszer. Éppen az előbb bizonyítottad be, hogy ha a munkák lennének egyenlők, akkor a nyomások minden időpontban megegyeznének, és így - mivel a nyomáskülönbség szabja meg a folyamat irányát - folyamat sem lenne. Nyomáskülönbség esetén az egyik rendszer energiát közöl a másikkal. Energiaváltozást azonban nemcsak munkavégzés okoz. Valójában tehát a

egyenlőség a

figyelembevételével

ill.

egyenlőséget jelenti, ahol a W a nem kompenzált munka: a 2 rendszer energiaváltozásának az a része, amely nem munka formájában jött létre (a két rendszer munkájának különbsége).

OLVASÓ Erről a W-ről tudsz valami közelebbit is?

SZERZŐ Igen, de ehhez a többi kölcsönhatás jellemző extenzív és intenzív mennyiségeit is ismernünk kell. Egyelőre érjük be annyival, hogy nem elegendő azt megmondani: az egyik test energia-leadása hogyan oszlik meg a különböző kölcsönhatási módok között. Azt is tudnunk kell, hogy a másik test ugyanezen formákban mennyi energiát vesz fel.

OLVASÓ A munkavégzés tehát nem egyértelmű jellemzője a folyamatnak, hiszen csak az egyik rendszer energiaváltozásának formájára ad felvilágosítást.

SZERZŐ Pontosan így van!

OLVASÓ Ez a mechanikai kölcsönhatásnak valamilyen "specialitása" vagy általános érvényű megállapítás?

SZERZŐ Erre azonnal megadhatod magad is a választ. A tárgyalt mechanikai kölcsönhatással teljesen analóg az elektrosztatikus kölcsönhatás során létrejövő energiaváltozás. Amikor az egyik rendszerben az elektromos töltés megváltozása dq, akkor az ennek megfelelő energiaváltozás a φ feszültség és a töltésváltozás szorzata:

A feszültség előtt pozitív előjel van, mivel növekvő elektromos töltéshez növekvő energiatartalom is tartozik.

OLVASÓ Látom már! Az elektrosztatikus feszültség helyére -p, a töltés helyére V írásával megismételhető az előbbi gondolatmenet. W itt nyilvánvalóan - a nem kompenzált elektrosztatikus munkát jelenti. Ez nem lehet zérus, mert akkor az elektrosztatikus feszültségek minden időpontban megegyeznének, és így töltésáram se jöhetne létre.

SZERZŐ Az eddigieket további példák nélkül is általánosíthatjuk: Az i-edik kölcsönhatás esetén az egyik rendszer energiájának megváltozása egyenlő a megfelelő extenzív mennyiség megváltozásának és a jellemző intenzív mennyiségnek a szorzatával. A jellemző intenzív mennyiségeket yi-vel, az extenzív mennyiségeket pedig xi-vel jelölve:

Az is kiderül ebből az összefüggésből, hogy a jellemző intenzív mennyiségek arányossági tényezők is: számértékük megmutatja, hogy a megfelelő extenzív mennyiség egységnyi megváltozásához milyen energiaváltozás tartozik. Ezért is hangsúlyoztuk, hogy nem egyszerűen intenzív, hanem jellemző intenzív mennyiségekről van szó. A jellemző intenzív mennyiségek

1. függetlenek a kiterjedéstől,
2. különbségük hatására jön létre az extenzív mennyiségek árama,
3. arányossági tényezők: számértékük megmutatja, hogy a "hozzájuk tartozó" extenzív mennyiségek egységnyi megváltozásához milyen energiaváltozás tartozik.

De térjünk most már vissza a kémiai anyag kölcsönhatásához!

OLVASÓ Ideje lesz, hiszen a mechanikai és az elektrosztatikus feszültséget már ismerjük, de mit írjunk az előbbi beszélgetés végén adott táblázat kérdőjelének helyére?

SZERZŐ Egy olyan fizikai mennyiséget, amely kielégíti a kémiai anyag kölcsönhatásának jellemző intenzív mennyiségére érvényes kritériumokat. Vagyis - az előbbiek szerint - olyan mennyiséget, amely

- független a kiterjedéstől,
- különbségének hatására tömegáram jön létre,
- számértéke megadja, hogy egységnyi tömegváltozáshoz milyen energiaváltozás tartozik.

OLVASÓ Legyen az analógia teljes, javaslom: nevezzük el kémiai anyagi feszültségnek!

SZERZŐ Elkéstél a javaslatoddal, mert GIBBS, még a múlt század hetvenes éveiben nevet adott a "gyereknek", igaz, nem nagyon különbözik az általad javasolt névtől. Ez a jellemző intenzív mennyiség a kémiai potenciál és a betűvel jelöljük. Ezt kell írnunk a "?" helyére, és most már a kémiai anyagi kölcsönhatáshoz tartozó energiaváltozásról is tudjuk, hogy

értékkel lesz egyenlő.

OLVASÓ Ezt nem teljesen értem! A mechanikai és az elektrosztatikus kölcsönhatás esetében a feszültségek szerepe világos volt. Hogy úgy mondjam: megszokott. De ez a kémiai potenciál fogalom egy kicsit ködös. Mit értünk ezen?

SZERZŐ Ne gondolj többre, mint amiről szó volt! A kémiai potenciál a kémiai anyagi kölcsönhatáshoz tartozó jellemző intenzív mennyiség. Ha a tömegegység épp egy molekula, akkor μ az egy molekula által átvitt (átlagos) energiamennyiséget jelöli. A már idézett ábra 1 rendszere legyen pl. víz, a 2 pedig vízgőz. A vonal a két fázis határa. ("Fordítsd el 90°-kal a képernyőt", nehogy azt mondd, hogy a víz szintje nem vízszintes!) A víz párolog, vagy a gőz lecsapódik, aszerint, hogy melyiknek a kémiai potenciálja nagyobb. A folyadék és a gáz csak akkor kerül egyensúlyba, ha kémiai potenciáljaik számértéke megegyezik.

OLVASÓ Egyensúlyban levő víz-gőz rendszerben is van tömegáramlás: H2O molekulák kilépnek a vízszintről, ill. belépnek a gőzből a vízbe.


SZERZŐ Csak éppen az egyensúly miatt, a ki-belépő molekulák száma és az általuk szállított energia is megegyezik.

OLVASÓ Hasonló ez ahhoz, mint amikor két ország között szabad az utasforgalom, és mégsem változik sem az egyes országban levő emberek száma, sem az ország pénzkészlete?

SZERZŐ Igen, ha a szaporodást számításon kívül hagyjuk: a pénz- és az embermennyiséget forrásmentesnek vesszük. Minden ember visz magával valamennyi pénzt, de mivel az átlagos pénzkészlet mindkét országban azonos; egyensúlyi utasforgalom esetén nemcsak az oda-vissza utazók száma, hanem az általuk szállított pénz összege is megegyezik: kompenzálják egymást.

OLVASÓ Kezdem megszokni azt, amit mondasz és azt is, ahogyan mondod! Minden kölcsönhatás folyamán az energia és még egy extenzív mennyiség áramlik, a kölcsönhatás jellemző intenzív mennyisége pedig kiegyenlítődik. Ennek során az egyik rendszer a másikon - általános értelemben vett - munkát végez.

SZERZŐ Erre még nagyon sok példát lehetne felhozni, beszélhetnénk az elektromágneses kölcsönhatásról, a rendszerek közötti impulzuscseréről stb. Egyelőre azonban van egy nagy adósságunk. Ismerünk ugyanis egy olyan kölcsönhatást, amely látszólag eltér az eddigiektől. Valamennyi esetben az energiával együtt olyan extenzív mennyiségek áramoltak egyik helyről a másikra, amelyeknek összmennyisége (a kívülről tökéletesen szigetelt térrészben) ennek során nem változott: ezek a megmaradó extenzív mennyiségek. Csak a megmaradó extenzív mennyiségekre igaz, hogy (kívülről tökéletesen sziltelet térrészen belül) az egyik rendszer által veszített mennyiség megegyezik a másik rendszer által nyert mennyiséggel:

OLVASÓ Van talán olyan kölcsönhatás is, amelyre jellemző extenzív mennyiség nem rendelkezik ezzel a tulajdonsággal?

SZERZŐ Igen! Tapasztalatból tudjuk, hogy van olyan kölcsönhatás, amelynek folyamán az energiaáramot nem kíséri más, megmaradó extenzív mennyiség árama. Ez a kölcsönhatás a termikus kölcsönhatás. Azt a fizikai jellemzőt, amelynek különbsége hatására áramlik az energia (vagyis a termikus kölcsönhatás jellemző intenzív mennyiségét) hőmérsékletnek nevezzük, és T-vel jelöljük. Mondhatnánk, hogy ez is feszültség: termikus feszültség.

OLVASÓ Miért nem jó neked a hőmérséklet szó? Már nyelvújítással is foglalkozol?

SZERZŐ Nem azt mondtam, hogy nem jó. Nincs értelme változtatni egy megszokott elnevezésen. De ne feledd, hogy még a század eleji szóhasználatban "hőmérsék" szerepelt, vagyis a hő mértékét akarták jelölni vele. Ma már tudjuk, hogy a T nem a "hő mértéke", és így nyugodtan használhatjuk a hőmérséklet szót. Ez még nem kell, hogy azt jelentse, hogy a névvel együtt a hőanyag-elméletet is elfogadjuk, amelyből ez az elnevezés származott.

OLVASÓ Úgy érzem mindez csak szószaporítás! Az a lényeg, hogy a hőmérséklet a termikus kölcsönhatás jellemző intenzív mennyisége. De miért hangsúlyoztad, hogy ebben az energián kívül más megmaradó extenzív mennyiség nem áramlik?

SZERZŐ Mert a termikus kölcsönhatáshoz is rendelhető megfelelő extenzív mennyiség. Félreértés ne essék, e nélkül is tárgyalhatnánk a továbbiakat, de a kép egységesebb, személetesebb és könnyebben megjegyezhető lesz, ha minden kölcsönhatáshoz hozzárendelhető egy-egy speciális extenzív mennyiség.

OLVASÓ Ez tehát egy önkényes, tetszés szerint megválasztható jellemző lesz?

SZERZŐ No, nem egészen! Teljesítenie kell ugyanis az extenzív mennyiségekre vonatkozó kritériumokat, és - mivel állapotjellemző - szükséges, hogy az állapotot egyértelműen meghatározó többi extenzív mennyiség függvényeként legyen megadható. Mivel azonban a többi extenzív mennyiség megmaradó tulajdonság, függvényük már nem lehet megmaradó.

OLVASÓ Nem tudnád ezt "kinyilatkoztatás" helyett bebizonyítani?

SZERZŐ Nagyon messze vezetne témánktól, ha ennek egzakt bizonyítását is részletezni akarnánk. De elég visszagondolnunk a mechanikai kölcsönhatás tárgyalásakor először felmerült W szerepére. Minden kölcsönhatásra vonatkoznak az ott említettek. A -p1ΔV = - p2ΔV+W általánosításával: az (1) rendszer által valamely i-edik kölcsönhatás során leadott yi(1)Δxi energiát a (2) rendszer -yi(2)Δxi+W formában veszi fel. Ez a W a kölcsönhatási "munka" nem kompenzált része, amely szintén valamilyen extenzív mennyiség megváltozásához kapcsolható. Mivel a vizsgált térrész kívülről tökéletesen szigetelt, semmilyen extenzív mennyiség sem juthat be a rendszerekbe. Az adott kölcsönhatás csak az i-edik extenzív mennyiség áramát engedi meg a két rendszer között. Kell lenni tehát egy olyan extenzív mennyiségnek, amely e szigetelések ellenére megváltozik. Maga a folyamat (a kölcsönhatás) ténye növeli mennyiségét. Vagyis az áramlás következtében forrása van.

OLVASÓ Rendben van, de mi legyen ez a "titokzatos" extenzív mennyiség?

SZERZŐ Nyilván olyannak kell lennie, amely

Ezt az extenzív mennyiséget nevezzük entrópiának és S betűvel jelöljük.

OLVASÓ Ami engem illet, én az entrópiával sem vagyok kibékülve. Túlzottan elvont az, amit eddig hallottam róla.

SZERZŐ Nem szükséges feltétlenül másra, ill. többre gondolnod, mint ami - az adott esetben - a lényeg: Az entrópia a termikus kölcsönhatáshoz tartozó extenzív mennyiség. Segítségével tudjuk felírni a termikus kölcsönhatáshoz tartozó energiaváltozást, az előbbiekkel analóg formában:

OLVASÓ És az előbbiek szerint ez az energiaváltozás kapcsolatos az említett W-vel?

SZERZŐ Akkor, ha a már többször említett szigetelések más extenzív mennyiségek áramát meggátolják. Ilyenkor pl. a mechanikai kölcsönhatás "energiamérlege"

alakú, ami azt fejezi ki, hogy a munkavégzés során mindkét rendszerben entrópianövekedés is következett be, vagyis az általunk ott még W vel jelölt nem kompenzált munka a

kifejezéssel egyenlő.

OLVASÓ Úgy tudom, hogy amikor nincs entrópianövekedés, akkor lehetséges az ún. reverzibilis folyamat.

SZERZŐ Mit jelenthet ez? ΔS1=ΔS2=0 kifejezésből következik, hogy p1=p2. Ezt már az előbb Te levezetted. Viszont p1=p2 esetében csak egyensúly lehetséges, folyamat azonban nem.

OLVASÓ Ez azt jelenti, hogy csak az egyensúly reverzibilis? De hisz ez triviális.

SZERZŐ Valóban az! Folyamat és irreverzibilitás elválaszthatatlanok egymástól. A reverzibilis folyamat olyan fikció, ami nemcsak szükségtelen, de még zavaró is. A folyamatot mindig a jellemző intenzív mennyiségek különbsége váltja ki, irányát az intenzív mennyiségek kiegyenlítődési tendenciája szabja meg. A folyamat során mindig fellép a kölcsönhatási energiaközlés formájának olyan része, amely valamely más extenzív mennyiség megváltozását vonja maga után. A környezetétől elszigetelt rendszeren belüli folyamatok során (ha megmaradó extenzív mennyiség a rendszerbe nem juthat be) az entrópia növekedése elkerülhetetlen.

OLVASÓ Ez minden, amit az entrópiáról elmondhatunk?

SZERZŐ Korántsem! Csak annyi, amennyire a további tárgyalásunkhoz szükségünk van.

OLVASÓ Engedd meg akkor, hogy most én foglaljam össze az eddigieket. Beszéltünk a különböző kölcsönhatásokról, a hozzájuk tartozó jellemző extenzív és intenzív mennyiségekről, a kölcsönhatás során fellépő energiaváltozásokról. Valahogy így:

Kölcsönhatás

Jellemző extenzív mennyiség

Jellemző intenzív mennyiség

Energiaváltozás

Termikus

S entrópia

T hőmérséklet

TΔS

Mechanikai

V térfogat

-p feszültség

-pΔV

Kémiai anyagi

m tömeg

μ kémiai potenciál

μΔm

Elektrosztatikus

q töltés

φ elektrosztatikus feszültség

φΔq

SZERZŐ Igen, erről volt szó. Menjünk egy lépéssel tovább. Vizsgáljunk több, egyidejű kölcsönhatást, pl. - a következő ábra segítségével - a mechanikai, termikus és kémiai anyagi kölcsönhatásokat. Mekkora az energia teljes megváltozása?

OLVASÓ Az előbbi táblázat alapján egyszerű a válasz: Az energia megmaradó és additív (összeadódó) tulajdonság. így nyilvánvaló, hogy az energia teljes megváltozása az egyes kölcsönhatásokhoz tartozó változások összege:

SZERZŐ Észrevetted tehát, hogy a jobb oldalon az extenzív mennyiségek megváltozásai állnak, szorozva a hozzájuk tartozó intenzív mennyiségekkel. Ez egyébként magától értetődik, ha ismét emlékezetünkbe idézzük a jellemző intenzív mennyiségeknek azt a tulajdonságát, hogy arányossági tényezők: a hozzájuk tartozó extenzív mennyiségek egységnyi megváltozásakor fellépő energiaváltozással egyenlők. Általában, ha egyidejűleg n-féle kölcsönhatás van, akkor

ahol yi az i-edik kölcsönhatás jellemző intenzív mennyisége, xi pedig ehhez a kölcsönhatáshoz tartozó extenzív mennyiség. Az energia megváltozása tehát mindig annyi tagból tevődik össze, ahányféle kölcsönhatásban vesz részt a rendszer.

OLVASÓ Várj csak egy pillanatra! A -pΔV szorzatról tudjuk, hogy az L munkával egyenlő. A TΔS szorzat a Q hő. Mi a μΔm szorzat?

SZERZŐ Ez is munka. A Δm mennyiségű kémiai anyag átviteléhez szükséges munka, jelöljük mondjuk K-val.


OLVASÓ Így tehát az energia megváltozása a különböző "munkák" összege? Hasonlóan ahhoz, ahogy a pénzkészlet megváltozása jelzi az emberen végzett munkák összegét?

SZERZŐ Természetesen! Az energiamegváltozás mindig munkavégzés következménye. Egy kis kitérővel bebizonyítjuk, hogy itt különböző munkák összegéről van szó. Azt már tudjuk, hogy az extenzív mennyiségek additívak. A

összefüggést úgy is felfoghatjuk, mint egy kis, ΔV térfogatelem ΔE energiájának a kifejezését. Egyesítve k db ilyen térfogatelemet, az egyesített rendszer energiája a részrendszerek energiájának összege lesz:

ill., ha az egyes térfogatelemek "egyformák":

A dE összefüggésének felhasználásával:

A szorzás az intenzív mennyiségek számértékét nem érinti, az extenzív mennyiségeket viszont éppen k-szorosára növeli. Mivel pl.

így

vagy általánosságban:

Ezzel megkaptuk a termodinamika alapegyenletét.

OLVASÓ Eszerint tehát az energia a jellemző intenzív és extenzív mennyiségek szorzatainak összege. Mégpedig pontosan annyi tagból tevődik össze, ahányféle kölcsönhatásban vesz részt a rendszer.

SZERZŐ Most egy kis "matematika" következik. Határozzuk meg ebből az alapegyenletből kiindulva az energia megváltozását. Az előbb már felülvonással jelöltük a végállapothoz tartozó értékeket, legyen most is így. A kezdeti és végállapoti energia különbsége:

Az egyes jellemzők változásával kifejezhető a végállapot megfelelő értéke. Pl.:

Ezeket behelyettesítve és a szorzásokat elvégezve a végállapot értéke pl. a TS szorzatra:

Hasonlóan számíthatók ki a

szorzatok is. Behelyettesítve az energiakülönbség előbbi kifejezésébe, és a többiekhez képest másodrendűen kicsiny ΔΔS, Δp·ΔV, Δμ·Δm tagokat elhanyagolva, a kezdeti és végállapot különbségét kapjuk, vagyis az energia ΔE megváltozását:

OLVASÓ Valami itt nem stimmel! Az előbb az egyes kölcsönhatásokhoz tartozó energiamegváltozások összegeként a következő összefüggést kaptuk:

Láthatóan a két egyenlet nem azonos. Hol követtük el a hibát?

SZERZŐ Sehol. Két egymástól független levezetésűnk van, mindkettő helyes eredményt ad, ezeknek tehát azonosaknak kell lenniük. Ez fennáll akkor, ha

vagyis a változásoknak van egy olyan része, amely zérussá kompenzálódik. Ebből következik: az energia megváltozása nem egyenlő az yixi szorzatok megváltozásával! Az energiaváltozás a kezdeti és végállapot különbsége. Ez független attól, hogy milyen úton haladt a rendszer a két állapot között. De anélkül, hogy a változás útját ne ismernénk, nem tudjuk megmondani, hogy az energiaváltozás hányad része volt pl. hő, munka, kémiai munka s i. t. Ezek a "munkák" külön-külön az állapotváltozás módjától függnek.


OLVASÓ A "pénzváltozás" is csak a hó elején és végén meglevő pénzösszegek különbségétől függ. Az "állapotváltozás útja" itt azt jelenti: mire költöttem a pénzt.

SZERZŐ Most már én mondom, hogy hagyjuk a "közgazdasági" analógiát. Inkább arra figyeljünk, hogy az energiát és az energiaközlési formákat ne keverjük össze.

OLVASÓ Gyakran beszélnek arról, hogy valamely testnek hőenergiája van.

SZERZŐ Sajnos ez a kifejezés nagyon elterjedt, épp úgy, mint a hőmennyiség szó. Ez a két elnevezés magában rejti a hőanyag-elmélet nyomait. Valaha úgy képzelték el, hogy az anyagi testnek van valami tulajdonsága, amelyet hőanyagnak (flogisztonnak) neveztek, és hogy a különböző hőmérsékletű testek kapcsolatakor ez a hőanyag folyik át egyikből a másikba. A hőanyag-elmélet megfogalmazása BECHER, mainzi egyetemi tanár és tanítványának, STAHL-nak, a hallei orvosegyetem tanárának nevéhez fűződik. Becher Paracelsus tanításából indult ki, amely szerint minden test alkotója a higany-, kén- és sóanyag; ezek fejezik ki az illó, az éghető és a szilárd anyagot. Ezt egészítette ki az arisztotelészi négy ősanyagból kettővel: a vízzel és földdel. Utóbbit három típusra osztotta: higanyosra, zsírosra és kövesre. Becher szerint e földanyagokon kívül van még egy ún. éghető rész, amelyet "terra pinguis"-nek (éghető földnek) nevezett. Ez az éghető föld minden éghető testben megtalálható. Az égésfolyamat abból áll, hogy az éghető test szétbomlik, s ennek során az éghető föld a tűz hatására illóvá válik. Elmélete szerint a levegő az égésfolyamatban semmiféle szerepet nem játszik. Stahl "továbbfejlesztette" ezt az elméletet. Az alapanyagokat fizikai és kémiai részekre osztotta. Az elsőhöz tartozik az arisztotelészi négy ősanyag, a másodikhoz a Becher-féle anyagok. Szerinte a fizikai anyagok kémiai átalakulás során kémiai anyagokká válhatnak. Az éghető anyagot Stahl flogidzonnak (később: flogisztonnak) nevezte (a görög φλογιστοσ=égetett, elégett szóból), amely minden testben több-kevesebb mértékben megtalálható súlytalan folyadék. Flogiszton nélkül a test nem tud égni. Az éghető testek nagy mennyiségben tartalmaznak flogisztont. Az égésnél a testből a flogiszton kiválik. A fémek izzítása közben a flogiszton elillan és marad a hamu.

OLVASÓ Meddig tarthatta magát ez a "mesés" elmélet?


SZERZŐ A hőanyag-elmélet uralkodó koncepció volt a XVIII. század tudományában. Kevés olyan tudós volt, aki ebben az időben szembe mert szállni ezzel a szemléletmóddal. 1775. április 6-án párizsi Tudományos Akadémiának megküldött emlékeztetőjében LAVOISIER cáfolta meg a flogiszton-elméletet. Lavoisier, Lomonoszov és Rumford (1798) kísérleti eredményei véglegesen megdöntötték a hőanyag és mindenfajta "súlytalan fluidum" elméletét. Ma már tudjuk, hogy semmiféle hőanyag nincs, a kölcsönhatás során energia áramlik a testek között, és az energiaváltozásnak azt a részét, amely a termikus kölcsönhatáshoz tartozik, nevezzük hőnek. A hő nem az energiával, hanem a munkával analóg fogalom.

OLVASÓ Talán a TS szorzatot lehetne hőenergiának hívni?

SZERZŐ Ezt megteheted, de akkor számolnod kell azzal, hogy a "hőenergia" megváltozása nem egyenlő a Q hővel. Ugyanis a TS szorzat megváltozása

Engedd meg, hogy ezzel kapcsolatban ismét idézzem a Nobel-díjas LANDAU professzort! Híres elméleti fizika sorozatának V., Statisztikus fizika c. kötetében írja: … "Értelme van valamely állapot energiájának, de nem lehet beszélni valamely test hőmennyiségéről … A test állapotváltozása során fellépő energiaváltozást felbonthatjuk a test által felvett (leadott) hőre és a rajta végzett (vagy más testen általa végzett) munkára. Ezt a felbontást azonban nem határozza meg egyértelműen a test kezdeti és végállapota, hanem függ magától a folyamat jellegétől is. Más szóval: a munka és a hő a folyamat függvénye és nemcsak a kezdeti és végállapoté" …

OLVASÓ Eszerint nemcsak szóhasználatról van szó, hanem két különböző dolog elhatárolásáról: más az energia (amely a test tulajdonsága, állapotjellemzője) és más a hő, a munka (amely a testek közötti kölcsönhatást jellemzi, és nem magát a testet).

SZERZŐ Úgy van! És amennyire értelmetlen lenne egy testben levő munkamennyiségről beszélni, annyira tartalmatlan a testben levő hőmennyiség kifejezés is. Most talán elegendő erről csak ennyit mondani. Foglaljuk össze a leglényegesebbeket?

OLVASÓ Megállapítottuk, hogy két rendszer között különböző kölcsönhatások lehetségesek, mindegyiket egy-egy extenzív-intenzív pár jellemez. Az extenzív mennyiségek áramát az intenzív mennyiségek inhomogenitása okozza. A kölcsönhatás során létrejövő energiaváltozás egyenlő a jellemző intenzív mennyiségek és az extenzívek megváltozásának szorzatával. Két rendszer egyensúlyban van, ha a jellemző intenzív mennyiségek rendre azonos számértékűek.

SZERZŐ Pontosabban: Az egyensúly szükséges és elégséges feltétele valamennyi jellemző intenzív mennyiség homogén eloszlása. Ezt a tételt logikailag a termodinamika első főtételének kellene nevezni, mivel azonban felfedezésekor az 1. főtétel elnevezés már foglalt volt (az energia-megmaradás törvényét nevezik annak), Így GUGGENHEIM javaslatára a termikus egyensúlyra vonatkozó tétel a 0. főtétel elnevezést kapta.

OLVASÓ És csak termikus egyensúlyra lenne ez igaz?

SZERZŐ Amit GUGGENHEIM a hőmérséklet-eloszlásra, ill. a termikus egyensúlyra vezetett le, azt 1952-ben FÉNYES IMRE általánosította valamennyi jellemző intenzív mennyiségre, ill. egyensúlyra. Az előbbi megfogalmazás (és egész eddigi tárgyalásmódunk) alapja már tőle származik.

OLVASÓ Érdekes, hogy erről a tudományosan és gyakorlatilag egyaránt jelentós eredményről, amely ráadásul egy magyar tudós nevéhez fűződik, alig lehet hallani.

SZERZŐ 1933. február 17-én, Max PLANCK a német mérnökök egyesületében "A tudományos eszmék eredete és hatása" címmel tartott eladásában mondotta (és szavait annyira fontosnak tartotta, hogy majdnem szó szerint, mint "figyelemre méltó megállapítást" tudományos önéletrajzában is megismételte): "Valamely nagyszabású tudományos gondolat nem úgy szokott elterjedni, hogy ellenzői fokozatosan megtérnek - Saulusból igen ritkán lesz Paulus - hanem inkább úgy, hogy az ellenfelek lassanként kihalnak és a felnövekvő nemzedék eleve hozzászokik az eszméhez." Talán fejezzük is be ezzel a harmadik beszélgetésünket.


Vissza a tartalomjegyzékhez Következő fejezet