Извечные загадки науки, стр. 32
нее говорят не только эмпирические факты, но и тео-
ретические положения и, преэКде всего, те, которые
вытекают из таких фундаментальных положений, ка-
ковыми являются начала термодинамики. Именно
с ними совершенно не согласуется взгляд на электро-
лиз воды как на процесс простого разложения воды.
S термодинамике принято делить все происходя-
щие процессы на обратимые и необратимые. Ни один
из происходящих в природе процессов не является
обратимым. Я это специально подчеркиваю, так как
он имеет прямое отношение к электролизу воды. Ес-
ли бы вода и в самом деле так просто разлагалась на
свои составляющие части, то этот процесс следовало
бы признать обратимым. Но это стояло бы в вопию-
щем противоречии обоим началам термодинамики.
Для лучшего понимания хода рассуждений, начнем
с первого ее начала, которое утверждает невозмож-
ность возникновения или уничтожения энергии. Тем
самым оно отрицает возможность перпетуум-моби-
ле, то есть вечного двигателя. При этом имеется в ви-
ду перпетуум-мобиле первого рода, то есть такая ма-
шина, которая, повторяя произвольное число раз
один и тот же процесс, была бы способна произво-
дить работу в количестве большем, чем потребляе-
мая этой машиной энергия. Рассмотрим под углом
140
зрения первого начала так называемое электрохими-
ческое разложение воды.
Вспомним в этой связи приведенное выше суэКде-
ние Оствальда о том, что гальванизм не создает ни-
каких новых веществ, а только разлагает существую-
щие. В одном небольшом исследовании о воде та же
мысль выражена буквально так: «Сколько бы време-
ни ни пропускали ток (через воду - Э.Л.), все время
будут выделяться только эти два газа (водород
и кислород - Э.Л.) и больше ничего. Через некото-
рое довольно продолжительное время воды совсем
не останется и вместо нее получится значительное
количество кислорода и вдвое большее количество
водорода».
Можно дать стопроцентную гарантию, что ни ав-
тор этих строк, равно как и никто другой не имел сча-
стья наблюдать описанную картину полного, без вся-
кого остатка или образования дополнительных ве-
ществ «разложения» воды, потому что такая картина
попросту невозможна. Если бы она была возможна, то, значит, ошибочны как первый, так и второй зако-
ны термодинамики, и они бы требовали решительно-
го пересмотра. С точки зрения первого начала термо-
динамики этот процесс внешне как бы не противоре-
чит закону сохранения энергии: электрическая энер-
гия целиком переходит в работу по разложению во-
ды, или, иными словами, одна форма движения пере-
ходит в другую и при этом не происходит ни уничто-
жения энергии, ни ее возникновения. Однако проис-
ходит нечто другое, что не может не настораживать: если признать, что такой процесс возможен, то надо
признать, что возможен двигатель со 100% к.п.д., то есгь тот самый перпетуум-мобиле, в котором вся
энергия целиком переходит в работу. Это же означа-
ло бы признание данного процесса полностью обра-
1 Браун Эмиля. История воды. Спб., 1897, с. 137.
141
тимым, что невозможно практически, и недопустимо
с точки зрения второго начала термодинамики.
Согласно одной из формулировок второго начала
термодинамики, некомпенсированный переход энер-
гии в работу невозможен. Другими словами, невозмо-
жен процесс, имеющий единственным своим резуль-
татом превращение энергии в работу. Это начало го-
ворит, таким образом, о невозможности обратимых
процессов в системах, в которых происходит преоб-
разование энергии в работу. Применительно к наше-
му предмету, он говорит о невозможности перехода
электрической энергии в работу по простому разло-
жению воды. При такого рода процессах, наряду
с уменьшением энергии энергоотдающего тела долж-
ны непременно происходить изменения термодина-
мического состояния других привлекаемых к учас-
тию в процессе тел или веществ. Это изменение
в термодинамике носит название компенсации пре-
вращения энергии в работу. Без такой компенсации, повторяю, процесс превращения теплоты или друго-
го вида энергии в работу невозможен.
Отсюда следует, что только часть заимствованной
у знергоисточника энергии превращается в работу, другая же часть, или так называемая некомпенсиро-
ванная энергия, отходит в случае, например, тепло-
вых машин к холодильнику. Если всю теплоту, полу-
чаемую из теплоисгочника, обозначить через Q, а не-
компенсированную теплоту через Q', то работа
A=Q-Q' и кпд = Q-Q'/Q
Формула эта может означать только одно: у любой
тепловой машины к.п.д. всегда меньше единицы.
Известный уже нам Оствальд предложил такую
формулировку второго начала термодинамики: пер-
142
петуум-мобиле второго рода невозможен. Под таким
перпетуум-мобиле второго рода имеется в виду теп-
ловой двигатель, который, повторяя произвольное
число раз один и тот же процесс, был бы способен це-
ликом превращать в работу все тепло, получаемое им
от какого-либо тела или тел, играющих роль источ-
ников тепла, не нуждаясь тем самым в отводе не пре-
вращенной в работу части теплоты. Другими слова-
ми, невозможно создание такой машины, к.п.д. кото-
рой равнялся бы единице (или 100%). Но при так на-
зываемом «разложении» воды как раз и подразуме-
вается возможность такой машины, поскольку здесь, если следовать бытующим представлениям, вся энер-
гия целиком уходит ка работу по разложению воды.
Жаль, что сам Оствальд не применил собственную
формулировку к хорошо известному ему процессу
электролиза воды, тогда, возможно, он усомнился бы
в его общепринятой трактовке.
Всеобщность, универсальность процессов термо-
динамики, подчинение природных энергетических
процессов второму началу основательно доказано
наукой. Иное дело, что его применению порой меша-
ли и мешают утвердившиеся представления класси-
ческой термодинамики, исследующей преимущест-
венно обратимые процессы. Электричество, как фор-
ма движения, или энергии, по характеру своего под-
чинению второму началу термодинамики ничем
в принципе не отличается от теплоты. Как и в случае
с теплотой, движение электричества связано по
меньшей мере с двумя телами: одно из которых отда-
ет энергию, и другое его получает (разность темпера-
тур, в одном случае; разность потенциалов - в дру-
гом). Как и в случае с теплотой, тут также невозмо-
жен перпетуум-мобиле второго рода, то есть невоз-
можен такой механизм, который, повторяя произ-
вольное число раз один и тот же процесс, был бы спо-
собен целиком превращать в работу все количество
143
электричества, получаемое от какого-либо источника
электричества, не нуэКдаясь при этом в стоке не пре-
вращенной в работу энергии.
Посмотрим теперь с точки зрения всех этих поло-
жений на электролиз воды. Согласно существующим
взглядам на электролиз воды, поступающая от источ-
ника тока электроэнергия целиком превращается
в работу по ее разложению. S системе при этом не об-
разуется никаких иных веществ, нет места и другим
энергетическим процессам, например, выделению
тепла. 3го значит, что некомпенсированная часть
электроэнергии равна нулю, а весь процесс, следова-
тельно, носит обратимый характер. Но это невозмож-
но. Если бы это было так, мы стали бы счастливыми
свидетелями создания перпетуум-мобиле второго
рода. Все это с необходимостью вы нуждает нас при-
знать, что электролиз воды, как и электролиз всех ос-
тальных веществ, есть процесс необратимый, а зна-
чит, должна существовать некомпенсированная
часть электроэнергии, и она непременно должна
в чем-то проявиться: либо преобразоваться в другой
вид энергии, например, теплоту, либо в энергию ка-
ких-то химических превращений. Однако при элект-
ролизе выделения избытка тепла не наблюдается, но зато он всегда сопровоэКдается химическими пре-
вращениями в злектролизерах. Вот эти химические
превращения и есть не что иное, как результат дейст-
вия второго начала термодинамики. При электроли-
зе воды