Путилов К.А. Термодинамика (Путилов К.А. Термодинамика.djvu), страница 15

Понимая, что о перемещениях флюида говорить теперь было бы смешно, выход находят в том, что представление о флюиде пытаются подменить словами о какой-то «тепловой энергиим Почему же на протяжении всей первой половины Х1Х в. большинство физиков не желало отказаться от теории теплорода, несмотря на то, что еще в конце ХЧП1 в. опыты Румфорда, а также и Деви с очевидностью обнаружили несостоятельность этой теории? Румфорд еще в 1798 г, доказал, что теплоемкость вещества, отнесенная к единице массы, не изменяется при измельчении тела. Таким образом, было установлено, что принятое в теории теплорода объяснение нагревания стружек при пилении и сверлении металла (основанное на предположении, что теплоемкость возрастает при измельчении тела) является неверным.

Далее, Румфорд, наблюдая сверление пушечных жерл, пришел к выводу, что количество развивающегося при трении тепла неисчерпаемо, коль скоро неограниченно производится затрата работы, причем никакого охлаждения окружающей среды (воздуха) не происходит, так что мысль, будто теплород при трении переходит из окружающей среды в подвергнутые трению тела, заведомо ошибочна.

Годом позже (в 1799 г.) Г. Деви, вызывая трение между двумя кусками льда в безвоздушном пространстве, защищенном от солнечных лучей, подтвердил выводы, сделанные Румфордом. Он показал, что лед, температура которого в начале опыта была ниже 0' С, вследствие трения плавится. Так как для плавления льда необходима значительная затрата тепла, а обстановкой опыта возможность притока теплорода извне исключалась, то оставалось предположить, в противоречие с теорией теплорода, что при трении теплота возникает за счет работы. В начале прошлого столетия опыты Румфорда и Деви уже пользовались достаточной известностью. Возражения, развитые Румфордом и Деви против теории теплорода, были поддержаны некоторыми учеными, например Т. Юнгом (в 180? г.) и Ампером (в 1821 г.).

Однако теория тепло- рода продолжала господствовать. Основатель термодинамики С. Карно придерживался теории теплорода; только в последние годы своей жизни (он умер в 1832 г.) Карно убедился в ошибочности этой теории и первым дал отчетливую, ясную формулировку принципа эквивалентности тепла и работы. Но эти записки его были опубликованы лишь спустя несколько десятилетий после его смерти. Клапейрон, впервые применивший в термодинамике графический метод, продолжал (1834 г.) придерживаться теории теплорода. Попытки развить учение о тепловых явлениях как о роде движения делались отдельными исследователями уже давно: в начале ХЧП в.

— Бэконом, в конце ХЧП в.— Гюйгенсом, Ньютоном, позже — Д. Бернулли, М. В. Ломоносовым и другими. И тем не менее даже в середине прошлого столетия опыты Джоуля и исследования Р. Майера были еще встречены с . недоверием; только после исследований Гельмгольца и деятельной пропаганды Тиндаля теория теплорвда была наконец оставлена. Причина длительного господства теории теплорода заключалась отчасти в том, что зта теория была тесно связана с так называемой аксиомой о неуничтожаемости тепла, от которой трудно было отказаться, поскольку на ней зиждились все тепловые и термохимические расчеты, дававшие во многих случаях отличное совпадение с опытами. Только когда выросло и ок- репло учение о неуничтожаемости энергии, обнаружилось, что калориметрическую аксиому можно и должно понимать не так, как ее понимали раньше.- В мемуаре С. Карно «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» (Париж, 1824 г.) имеется нижеследующая, важная для хода рассуждений Карно ссылка на калоримегрическую аксиому (стр.

37). «В наших доказательствах мы полагали, что если тело, испытав любые изменения и ряд превращений, возвращается в прежнее состояние в отношении плотности и температуры, то оно будет обладать тем же количествбм теплоты, какое имело первоначально, т. е. другими словами, что поглощаемые и отдаваемые при различных превращениях количества тепла взаимно компенсируются». Поэтому производимую телом работу Карно принужден был объяснить падением телла (теплорода) с высшего температурного уровня на низший. Карно пишет далее: «Это положение никогда не подвергалось сомнению; оно было сперва принято без рассуждений и затем подтверждено многочисленными калориметрическими измерениями.

Отрицать его, значит, разрушить всю теорию тепла, основывающуюся на этом положении. Впрочем, заметим мимоходом, основные положения, на которые опирается теория тепла, требуют внимательного исследования. Некоторые данные опыта представляются необъяснимыми при современном состоянии теории». Мы знаем, что под напором опытных данных калориметрическую аксиому в ее второй части (что поглощаемые и отдаваемые при различных превращениях количества тепла взаимно компенсируются, когда тело возвращается в исходное состояние) пришлось весьма сильно сузить, ограничив ее только такими процессами, при которых не производится и не потребляется работа.

Что же касается первой части этой аксиомы, где говорится о «тепле» (тепло- роде), содержащемся в теле, как о величине неуничтожаемой, то в свете закона сохранения энергии стало ясно, что здесь мы имеем дело не с «теплом» (теплородом), а с внутренней энергией тела, т. е, в основном с энергией движения н взаимодействия частиц тела (в состав внутренней энергии входит также лучистая энергия, заполняющая обьем, занятый телом). Здесь важно отметить, что термин «внутренняя энергия» сделался общепринятым далеко не сразу. Во второй половине Х1Х в, разными авторами для обозначения внутренней энергии были предложены следующие термины: Клаузиус (1850 г.): «Сумма действительной теплоты тела и внутренней работы».

Клаузиус (1864 г.): «Энергия тела». Томсон (1851 г.): «Механическая энергия тела в данном состоянии». Цейнер (1860 г.): «Внутренняя теплота телам Цейнер (1866 г.): «Внутренняя работа тела». Кирхгоф (1858 г.): «Функция действия». Пока термин «внутренняя энергия» не сделался общепринятым, многие авторы для обозначения этой величины пользовались, следуя Цейнеру, термином «внутренняя теплота тела». Таким образом, одно время (в шестидесятых, семидесятых, даже восьмидесятых годах) было широко принято объединять в слове «теплота» три понятия; во-первых, понятие получаемого или отдаваемого телом тепла; во-вторых, понятие внутренней энергии и, в-третьих, понятие теплового движения.

Вследствие этого, например, в сочинениях Энгельса мы еще не встречаем термина «внутренняя энергия»и находим применение слова «теплота» в указанном смысле — как обозначение 'трех понятий, позже дифференцированных. В «Диалектике природы», в статье «Основные формы движения» !Полнтиздат, 1969) Энгельс говорит о теплоте, иногда подразумевая сообщаемое количество тепла, иногда внутреннюю энергию и наряду с этим нередко пользуясь словом «теплота» для обозначения неупорядоченного теплово' го движения молекул. Мы встречаем у Энгельса такую фразу: «Мехацическое движение масс переходит в теплоту...» (стр.

58). Перед этим Энгельс говорит о формах движения, поэтому ясно, что здесь речь идет о переходе механического молярного движения в тепловое движение. В другом месте Энгельс говорит: «...теплота есть одна из форм так называемой «энергии«» (стр. 57). Здесь словом «теплота» Энгельс пользуется для обозначения внутренней энергии. Когда Энгельс приступал к составлению записок, изданных под названием «Диалектика природы», термин «энергия» еще только завоевывал себе права гражданства. В это время многие авторы, имея в виду закон сохранения энергии, говорили о сохранении «силым Таким образом, слово «сила», так же как и слово «теплота», имело тогда двойственный смысл.

Вследствие этого мы встречаем у Энгельса, например, такую фразу: «...теплота есть огталкивательная «сила» и, следовательно, действует в направлении, обратном направлению тяжести и химического притяжения» (стр. 64). Чтобы современный читатель правильно понял смысл этой фразы, он должен прочесть ее так: «Внутренняя энергия тел есть отталкивал«ел»- ноя энергия и, следовательно, действует в направлении, обратном направлению энергии тяжести и химического сродствам Во избежание недоразумений Энгельс пишет: «Подчеркнем здесь: притяжение и отталкивание рассматриваются нами тут не как так называемые «силы», а как простые форли«движения» (стр.

52). В статье «Основные формы движения» Энгельс анализирует философскийсмысл законасохранения энергии. Рассматривая энергию как меру изменения формы движения, он отмечает, что «...термин «энергия»отнюдь не дает правильного выражения всему отношению движения„ибо он охватывает, только одну сторону его — действие, но не противодействие» (стр. 60). Энгельс указывает, что механические (малярные) движения на земле вследствие необратимости (трения) замерли бы, если бы они не восстанавливались в итоге за счет солнечного излучения.

На ряде аналогичных примеров Энгельс показывает, что существуег определенная полярность (противоположность) в проявлении различных видов энергии. В связи с этим гельмгольцовское понятие «запаса рабочей силы» (энергию тяжести, химического сродства) Энгельс часто заменяет, расширяя его содержание понятием «притяжение», а кинетическую энергию и внутреннюю энергию тела — понятием отталкивания как основных форм движения.

В этом смысле Энгельс пишет: «...процесс существования какой-нибудь солнечной системы представляется в виде взаимодействия притяжения и отталкивания, в котором притяжение получает постепенно все больший и больший перевес благодаря тому, что отталкивание излучается в форме теплоты в мировое пространство...» (стр. 54). С указанной широкой точки зрения Энгельс и рассматривает внутреннюю энергию как особую форму отталкивания. «Теплота (внутренняя энергия — К, П.) представляет собой... некоторую форму отталкивания. Она приводит молекулы твердых тел в колебание и этим ослабляет связь отдельных молекул...; при продолжении притока теплоты она...

увеличивает еще более... скорость (молекул — К. П.), отталкивая, таким образом, молекулы все дальше друг от друга> (стр. 56 — 57). Хотя для пояснения широких понятий «притяжение» и «отталкивание» как простых форм движения Энгельс иногда как бы ставит знак равенства между терминами «отталкивание» и «энергия» и трактует «притяжение» как «силу», но современному читателю обязательно нужно помнить, что в сочинениях Энгельса термин «сила» (как и в первых работах Гельмгольца) еще сохраняет свою двойственность, служа нередко для обозначения энергии тяжести и химического сродства. Мы ближе подойдем к точке зрения Энгельса на «притяжение» и «отталкивание», если свяжем зту проблему основных (простых) форм движения с вопросом о физическом смысле «абсолютных значений» энергии. Формально энергия'есть величина разностная, т. е, величина, приобретающая определенное значение для какой-либо системы, когда указано начальное состоя- ние этой системы.