Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики (Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики.djvu), страница 11

Вот, например, его объяснение теплопроводности: «Если более теплое тело А находится в соприкосновении с другим телом В, менее теплым, то находящиеся в точках соприкосновения частицы тела А, вращаясь быстрее, чем соседние с ним частички тела В, более быстрым вращением ускоряют вращательное движение частиц тела В, т. е. передают им часть своего движения; столько же движения уходит от первых, столько прибавляется у вторых; т. е.

когда частицы тела А ускоряют вращательное движение частиц тела В, то замедляют свое собственное. Вследствие этого, когда тело А при соприкосновении нагревает тело В, то само охлаждается» [30, с. 83). Далее он объясняет тепловое расширение тел, процесс плавления твердого тела и др. Ломоносов останавливается и на таком вопросе, как возможность существования наивысшей и наинизшей температур. По этому поводу он говорит: «Нельзя назвать какую-нибудь столь болыиую скорость движения, чтобы нельзя было мысленно представить себе другую, еще большую.

Поэтому невозможна и высшая степень теплоты. Наоборот, то же самое движение может уменьигагься до того, что тело наконец окажется в полном покое и никакое дальнейшее уменьшвнив движения не сможет последовать; следовательно, по кеобходимости высшая степень холода для тел должна состоять в абсолютном покое частиц» [30, с. 891. Таким образом Ломоносов приходит к выводу о необходимости существования абсолютного нуля температур. Вопрос о существовании самой низкой температуры еще до Ломоносова обсуждался в некоторых работах западноевропейских естествоиспытателей.

То, что такая температура должна обязательно существовать, утверждал, например, Амонтон в конце ХЧП в. Однако обосновать это свое утверждение сколько-нибудь убедительно он не смог, полагая, что, вероятно, это та температура, «при которой воздух теряет всю свою упругость». Ломоносов же впервые в истории физики дал теоретическое обоснование с помо- По»юнасов Михаил Васильевич (1711 †17) Русский ученый-энциклопедист. Родился в д. Машанинской Архангельской губ. Образование получил вначале самостоятельно, затем в Московской славяно-греко-латинской академии (с 1731 г.).

С 1736 по 1741 г. изучает физику, химию и горное дело в Германии. С 1745 г. академик и профессор химии в Петербургской Академии наук. Инициатор и организатор Московского университета (1755). Один из основоположников молекулярно-кинетической теории на ранней стадии ее разввтия. Его работы, направленные против теории теплорода, сыграли большую роль в формировании современных взглядов на природу теплоты. щью «корпускулярной философии» этого вопроса.

Эта его трактовка абсолютного нуля температур в своей основе подтвердилась прн дальнейшем развитии молекулярно-кинетической теории. Та модель молекул и характера их взаимодействия между собой и стенками сосуда, которыми оперирует элементарная кинетическая теория газов, также была предложена Ломоносовым в работе «Опыт теории упругости воздуха» 130, с. 1051. Так, в $7 читаем: «Мы прини,чаем... и нисколько не сомневаемся, что частицы воздуха— именно те, которые производят упругость, стремясь отойти друг от друга,— лишены всякого физического сложения и организованного строения.. их по справедливости следует назвать атомами» 130, с. 1131. В $11 «Прибавлений к размышлениям об упругости воздуха» Ломоносов дает «корпускулярное» обоснование закона Бойля— Мариотта, который формулирует следующим образом: «Упругости воздуха будут обратно пропорциональны объемам, или, нто то же, пропорциональны плотностям» 130, с.

1591. Сопоставляя идеи Ломоносова с идеями его предшественников и современников, можно видеть, что в своих трудах русский ученый глубже и последовательнее развивал корпускулярную гипотезу теплоты, обогатив ее новыми представлениями. Между тем Ломоносов не встретил сочувствия и понимания своих коллег по Академии наук, так же как и среди многих зарубежных ученых, хотя некоторые нз них и ссылались на его труды. Это можно объяснить не только недопониманием его идей, но и их новизной, оригинальностью, тем, что они во многом опередили дальнейшее развитие молекулярно-кинетической теории.

И это несмотря на то, что в ХЧ111 в. к учению античных атомистов обращаются многие философы и естествоиспытатели, пытаясь согласовать атомистику с механическими концепциями Ньютона и на этой основе объяснить различные явления природы. 5 4. Борьба двух концепций о природе теплоты Борьба Ломоносова и Лавуазье против концепции «невесомых флюидов» Уже с середины ХЧП1 в. в научной литературе появляются высказывания против теории флогистона, а затем и против теории теплорода. Вся метафизическая концепция «невесомых флю= ндов» начинает подвергаться сомнению.

Это положило начало длительной дискуссии между приверженцами двух концепций о природе теплоты. В защиту корпускулярной гипотезы выступили Ломоносов и французский химик А. Лавуазье. В ~ 28 упомянутой выше работы «Размышление о причине теплоты и стужи» Ломоносов пишет: «Таким образом, мы доказали а ргьоп' и подтвердили а роз1ег1ог1, что причиною теплоты является внутреннее вращательное движение связанной мате- 44 рии; теперь переходим к рассмотрению мнений, которые большинство современных ученых высказывают относительно теплоты. В наше время причина теплоты приписывается особой материи, которую большинство называют теплотворной., Это мнение в умах многих пустило такие глубокие корни и настолько укрепилось, что повсюду приходится читать в физических сочинениях о внедрении в поры тел названной выше теплотворной материи...

Поэтому мы считаем нашей обязанностью подвергнуть эту гипотезу проверке» 130, с. 39 — 4Ц. Ломоносов последовательно шаг за шагом опровергает доводы сторонников теории теплорода, объясняя одновременно корпускулярной гипотезой многие из тепловых явлений, считавшиеся опытной основой этой теории. Так, например, считалось, что при нагревании тел теплород, поглощаясь телом, приводит к увеличению его веса. Ломоносов замечает по этому поводу, что он мог бы согласиться с этим, чесли бы было ток же легко как предположить, так и показать, чем именно теплотворная материя загоняется во внезапно нагревающиеся тела. Каким образом, спрашивается, в самую холодную зиму., или в самой холодной морской глубине, где, согласно этой гипотезе, теплотворной материи почти совершенно нет, порох, зажженный малейшей внезапно зародившейся искрою, вспы«ивает вдруг огромным пламенем2 Откуда и в силу какой удивительной способности материя эта мгновенно стягивается в одно место2 Это противоречит прежде всего опыту, а затем здравому смыслу» 130, с.

4! — 431. Ломоносов опровергает и другие доводы сторонников теории теплорода. Он приходит к выводу: «Нельзя приписывать теплоту тел сгущению какой-то тонкой специально для того предназначенной материи, но что теплота состоит во внутреннем вращательном движении связанной материи нагретого тела» [30, с. 531. Начатая Ломоносовым борьба против теорий флогистона и теплорода была продолжена Лавуазье.

Спустя 17 лет французский химик создал новую теорию горения, положившую конец господству теории флогистона. Подробнее об этом см. [10]. Исследования Лавуазье и Лапласом тепловых явлений Исследования процесса горения, естественно, должны были привести и действительно привели Лавуазье к изучению тепловых явлений, начатому им совместно с П. Лапласом в!779 г.

Опытами Рихмана и Блэка была подготовлена почва для калориметрических исследований, которые, по сути дела, к 80-м годам Хч'П1 в. были еще в зачаточном состоянии. Понимая всю необходимость и важность точных калорнметрических измерений, Лавуазье и Лаплас начали свои исследования с разработки достаточно надежного калориметра. Они разработали конструкцию так называемого ледяного калориметра (рис.

9), с помощью которого и выполнили большую часть своих совместных экспериментов. В последующие годы этот прибор сослужил хорошую службу многим физикам, работавшим в области калориметрии. Несмотря на то что область научных интересов Лапласа в рассматриваемое время стояла несколько в стороне от проблем 45 физики и химии, он тем не менее принял приглашение Лавуазье о сотрудничестве и непосредственно участвовал во всех экспериментах. В одном из писем к Лангранжу (от 21 августа 1783 г.) Лаплас писал, что не знает, «каким образом дал себя вовлечь в работу по физике... но я не мог устоять против настояний ~вега друга Лавуазье, который вкладывиет в совместную работу столько обаяния и ума, сколько я мог бед лишь пожелать» 119) . Используя метод ледяно- 4 ч фД=ф го калориметра, Лавуазье и ! Лаплас провели определе- ние удельных теплоемкоЬа стей, теплот сгорания и скры- % ! тых теплот для разных веществ.

При этом за единицу Рис. 9. Калориметр Лавуазье и Лапласа количестватеплоты они принимали то ее количество, которое превращало ! кг льда при 0' в воду той же температуры. Эта единица соответствовала 80 ккал. Оба французских ученых, видимо, первыми поняли физическую сущность самого понятия теплоемкости. Именно, анализируя опыты своих предшественников, они отмечают, что вычисление тепло- емкостей вовсе не связано с полным количеством теплоты, содержащимся в данном теле: «Опыты дают сведения только об отношении количеств теплоты, которые необходимы для повышения температуры на равное число градусов. Поэтому твплоемкости, которыя мы определили, говоря точно, являются не чем иным, как отношением дифференциалов абсолютных количеств теплоты» [19). Лавуазье Антуан Лоран (!748 †17) Французский химик.

Родился в Париже, где окончил юридический факультет университета. Одновременно изучал химию и физику. С !772 г. член Парижской Академии наук, в которой занимался различными техническими проблемами, а позже — вопросами химии н физики. В предыстории термодинамики остался как автор проведенных совместно с Лапласом калориметрических исследований и созданных для этой цели оригинальных приборов. Известен также своими выступлениями против теории флогистона.

4б Помимо определения удельных теплоемкостей твердых тел Лавуазье и Лаплас сделали попытку измерить и теплоемкости газов. Для этой цели они пропускали некоторое известное количество газа через ледяной калориметр. Зная температуру газа до впуска в прибор и после выхода из него, а также вес образовавшейся воды, онн вычисляли искомую теплоемкость. Однако полученные этим методом результаты, как было показано позже другими исследователями, оказались весьма приближенными. Усовершенствовав свой метод ледяного калориметра, Лавуазье и Лаплас провели также серию исследований количества теплоты, выделяющейся при химических реакциях, заложив тем самым начало термохимии.