Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики (Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики.djvu), страница 13

В 1778 г. Румфорд, работая в мюнхенском арсенале, обратил внимание на то обстоятельство, что пушечный ствол от холостых выстрелов нагревался сильнее, чем при выстрелах снарядами. Размышляя над этим фактом, он никак не мог согласовать его с теорией теплорода, и уже тогда у него зародились сомнения в ее правильности. С тех пор, по словам Румфорда, <постоянно в центре моего внимания стоял всегда один и тот же вопрос: что такое теплотар» ". Размышляя много лет над этим вопросом, Румфорд понял, что ключ к его решению нужно искать в явлении образования 'з Мепто1гез зиг 1а сьа!еш раг 1е Соп!е бе кшп1огб.

Рагиц 1804, Я. Х. 'г Там же, 3. 50. 50 тепла при трении. В «Историческом обзоре...» он описывает ход своих мыслей, которые в конечном счете привели его к постановке известного эксперимента: «Я представлял себе, что если тепловое вещество действительно существует, то тогда совершенно непонятным остается такой факт: каким образом может происходить непрерывно теплообл~ен между системой изолированных тел или отдельным телом с окружающими их телами, без того, чтобы тепловое вещество в конце концов не исчерпалось и полностью не перешло бы от нагретого тела к холодному... Известно, что при трении твердых поверхностей друг о друга обе они сильно нагреваются. Может ли зта теплота вььделяться без ограничения? Следовательно, необходимо было поставить реиииощий зксперименть ".

Рис. 10. Опыт Румфорда В необходимости такого эксперимента его убеждали и те наблюдения, которые он почерпнул, наблюдая процесс сверления пушечных стволов в мюнхенском арсенале: количество теплоты, выделявшейся даже при кратковременном сверлении, всегда было столь необычно велико, что не могло не вызывать удивления человека, мало-мальски знакомого с современным ему состоянием теории теплоты. В данном случае источник тепла казался просто неисчерпаемым. В 1798 г.

Румфорд производит классический эксперимент, ставивший своей целью доказать практическую неисчерпаемость теплоты, образующейся при трении. Для опыта был отлит пушечный ствол с высверленным внутри него каналом. В канал вводилось тупое сверло, плотно прилегавшее к его стенкам, и с помощью конного привода приводилось во вращение с частотой 32 об7мин !рис. 10).

За короткое время температура внутри канала поднималась до 70'С. Уже один этот факт находился в явном противоречии с теорией теплорода. Для того чтобы окончательно лишить защитников этой теории их аргументов, Румфорд производит еще два эксперимента: в одном из них он доказывает равенство теплоемкостей сплошного куска металла и металлических стружек, образовавшихся при его сверлении. Для этой цели равные по весу кусок металла и металлические стружки нагревались до одной и той гч Меню!сев впт !а сЬа!епт рат 1е Соп1е бе мшп1отд. Рапв, !804, 8. 4.

4ь же температуры и помещались в два сосуда, в которых была налита вода одинаковой температуры и равной массы. После измерений оказалось, что температура воды в обоих случаях повысилась одинаково. Второй эксперимент ставил своей целью опровергнуть утверждение защитников вещественной теории теплоты о том, что при сверлении теплород перемещался из воздуха в металл. Для этой цели цилиндрический ствол весом 112,13 фунп($$==-~:======:==:,,— - - н та помещался в ящик с водой, которая изолировала его от окружающего воздуха (рис.

11). В таких условиях, сверля Рис. 11. К опыту Румфорда болванку тупым сверлом, Рум- форд через два с половиной часа довел воду в ящике до кипения. «Изумление окружающих,— вспоминал он позже,— увидевших, что такая масса воды закипает без огня, было неописуемым» ав. 25 января 1798 г. Румфорд сделал доклад в Лондонском Королевском обществе, изложив свои эксперименты и выводы, к которым они приводили. В том же году этот доклад был опубликован в «Р)т)1озор)г!са! Тгапзас((опз»" и вскоре переведен на немецкий язык ".

Румфорд понимал важность своих экспериментов для защиты аргументации сторонников корпускулярной теории теплоты. «Я должен признать, — говорил он, — что результаты всех моих экспериментов не приводят ни к какому иному выводу, как только к представлению о теплоте, известному еи(е со старых времен. Это представление основано на предположении, что теплота не что иное, как колебательное движение частичек тела».

Румфорд, следуя идеям своих предшественников (Лейбница, Д. Бернулли, Лавуазье), пытается распространить принцип сохранения живых сил из области механики на область тепловых явлений. Из работ американского ученого видно, что он, по-видимому, представлял себе, что определенному количеству механической «силы» должно соответствовать определенное количество теплоты. Согласно данным Румфорда, для приведения в состояние кипения 26,58 фунта воды, имеющей начальную температуру 0', необходимо затратить мощность в 1 л. с. Если сопоставить это с расчетом Д. Уатта, согласно которому с помощью 1 л. с.

можно поднять в течение 1 мин на высоту одного фута 33 000 фунтов воды, то отсюда можно легко вычислить механический (по старой терминологии, динамический) эквива- 'в Ап !пяп!гу сопсегп(пя !Ье сопгсе о( 1Ье Ьеа( т«Ы«Ь !в ехс1(ев Ьу 1псцоп, РЫ!оворЫса! Тгапвас1юпв, (А), 1798, ч. 88, р. 95. в' Смз РьповорЫса! Тгапваспопв, (А), 1798, ч.

88, р. 95. вг Смл и ого(ог г!. К!е1пе 3сьг1Цеп — ро!нысьеп, о1сопоппвсьеп ппГ( рЫ!оворЫвсьеп 1пьа!пь %е!птег, 1805, Вв. П, 5. 353 — 388. 52 лент теплоты, для которого получается значение, равное 340 кгс м1ккал. Полученное значение эквивалента значительно меньше того, каким пользуются в настоящее время. Оно и не могло быть иным, поскольку калориметрнческие измерения Румфорда были весьма несовершенны.

Дело, конечно, не в точности вычислений, а в принципиальной стороне вопроса: безусловно, Румфорд был весьма близок к открытию принципа эквивалентности теплоты н механической работы, но решающего шага он все же не сделал. Этот шаг — заслуга других ученых. Среди экспериментальных работ, ставивших своей целью доказательство несостоятельности вещественной теории тепла, вслед за Румфордом обычно упоминаются опыты английского физика и химика Г.

Дэви, поставленные им в 1799 г. и в том же году опубликованные в юношеской работе «Исследования о теплоте, свете и их сочетаниях»зз. Оставляя историческую оценку этих опытов Дэви на конец данного параграфа, рассмотрим кратко их сущность. В упомянутом сочинении Дэви пишет о причинах, побудивших его заняться вопросом теории теплоты, а также о самих экспериментах следующее: «Особенное состояние тел — твердое, жидкое и газообразное, по мнению сторонников существования теплородной жидкости, зависит от ее количества, входящего в состав тел... Это вещество составляет, по их предположению, причину отталкивания. Думая, что открытие действительной причины отталкивательной силы чрезвычайно важно для науки, я пытался с помои1ью опытов исследовать этот отдел химии; опыты привели меня к заключению, что теплород не существуетк Дэви следующим образом описывает свои опыты: Дэви Гемфри (1778 †18) Английский физик н химик.

Родился в Пензансе (Антляя). С 1795 г. ученик аптекаря в том же городе. С 1798 т. химик Клнфтонского Пневматического института. С 1802 т. профессор Королевского института, с 1820 т. преяндент Лондонского Королевского общества. н предыстории термодннамнкн остался как автор теоретических я экспериментальных нсследований о.природе теплоты. «Я достал два ледяных параллелепипеда, температура которых была 20' р... и проволочками прикрепил их к двум железным брускам.

Поверхности кусков льда особь»ми механизмами были приведены в соприкосновение и в продолжение минуты терлись очень быстро одна о другую. Лед почти весь превратился в воду, которую я собрая и температура которой оказалась 35 после того, как она простояла несколько минут в более холодной атмосфере. Трение производилось единственно льдом и таяние совершалось только на поверхностях льда» [82, р. 29). В примечании он указывает, что результат опыта не изменился бы, если бы вместо льда было взято другое легкоплавкое вещество. Дэви отмечает, что результат опыта находится в явном противоречии с теорией теплорода, согласно которой теплоемкость льда должна уменьшиться, поскольку вода имеет температуру выше температуры льда.

Однако хорошо известно, говорит он, что теплоемкость воды больше теплоемкости льда. «Не менее ясно,— пишет далее Дэви,— что температура в этом случае не может повышаться вследствие соединения льда., с кислородом воздуха, поскольку лед не имеет сродства к кислороду» [82, р. ЗЦ. Защитникам теплорода этот опыт не показался достаточно убедительным, потому что не исключена возможность изменения тел трением таким образом, что они могли стать способными извлекать теплоту из соприкасающихся с ними тел. Для доказательства несостоятельности этого аргумента Дэви производит указанный эксперимент в новом варианте, по его мнению, более убедительном !82, р.

34]. Он приходит к выводу, что его опыты доказывают, что теплород как самостоятельная субстанция не существует и что природа теплоты заключается в непрерывном колебательном движении частиц твердых тел, при этом с тем большими скоростями и амплитудами, чем сильнее нагрето тело. Эта точка зрения на теплоту получила у Дэви дальнейшее развитие в его «Элементах химической философии», где имеется специальная глава, посвященная тепловым явлениям". В этом произведении, зрелом и содержащем много оригинальных идей, Дэви значительно ушел вперед в своей критике теории теплорода н разработке представлений о теплоте как роде движения по сравнению с юношеской работой !799 г.