Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики (1185114), страница 121
Текст из файла (страница 121)
Термодинамика и теория упругости Основоположники термодинамики явились пионерами и в распространении термодинамического метода на процессы деформации в твердых телах. Еще В. Томсон в работе «О термоупругих и термомагнитных свойствах вещества» (1857) на основе двух законов термодинамики получил уравнения деформаций в теле с учетом температурных эффектов.
В своих исследованиях великий физик исходил из представлений о твердом теле как непрерывной среде. Позже, в 80-х годах, Томсон сделал попытку развить моле- "Сыл Де бе й П. Полярные молекулы. М., 1932. 441 кулярную теорию кристаллических тел и на этой основе вывести соотношения, характеризующие их упругие свойства. Эти идеи Томсон развил в своих «Балтиморских лекциях по молекулярной динамике». Однако поскольку в основу были положены слишком искусственные гипотезы, то полученные результаты не оказали какого-либо существенного влияния на дальнейшее развитие теории кристаллов. Свой вклад в рассматриваемый вопрос внесли и русские физики.
В 1872 г. Н. А, Умов представил Московскому университету магистерскую диссертацию «Теория термомеханических явлений в твердых упругих телах», в которой, отправляясь от закона сохранения энергии и рассматривая твердое тело как совокупность материальных точек, между которыми действуют молекулярные силы, получил общие соотношения между температурными напряжениями и деформациями. Формулы, найденные Томсоном, вытекали из соотношений Умова как частный случай.
В отличие от английского исследователя Умов избегал таких гипотез, которые не имели бы под собой достаточной основы: «Мы старались по возможности избегать гипотетических оснований, и те из них, которые нами допущены, положены уже в основу существующих теорий теплопроводности и упругости. Их методы дали нам возлюжность, не внося новых допущений, оправдать все общие выводы механичесхой теории тепла и ее приложений к телам твердым».
В 70-х годах появилась еще одна работа по термодинамике твердого тела, принадлежавшая Н, Н. Шиллеру. В 1879 г. он опубликовал теоретическое исследование «Некоторые приложения механической теории тепла к изменению состояния упругого тела». Применив оба начала термодинамики для упругонапряженного тела, Шиллер получил выражение для теплоемкости тела. В указанных выше работах рассматривались частные задачи термодинамики твердого тела. Общая постановка задачи была дана Гиббсом, который в своей работе «О равновесии гетерогенных веществ» получил основные уравнения термодинамики малых деформапий в тензорной форме. В качестве параметров он принял составляющие тензоров напряжений и деформаций и абсолютную температуру. Этот выбор был обусловлен тем, что «физичейкое состояние любого данного элемента твердого тела в любом неизменном состоянии деформации способно испытывать еще из.ченение, которое производится добавлением и отнятием теплоты».
Ввиду отсутствия в то время символики тензорного исчисления Гиббс дал свои уравнения в декартовой системе координат, ограничившись случаем изотропного тела. Если бы в своем рассмотрении Гиббс ввел помимо механических сил еще силы электрические и магнитные, то найденное им общее уравнение могло быть применено к описанию электрических и магнитных свойств твердого тела (в частности, из него в этом случае можно было бы получить теорию пьезо- и пироэлектрических явлений, а также термодинамическую теорию магнитных свойств твердых тел). 442 Новые успехи термодинамики деформаций в 40-х годах текущего столетия связаны с достижениями об1цей термодинамической теории необратимых процессов. Одним из стимулов развития этого направления явилась разработка теории каучука (Е. Эллиот, Л.
Треолар и др.). Различные вопросы термодинамики как малых, так и конечных деформаций разрабатывались в связи с изучением фазовых превращений. Значительные успехи в этой области знаний -были получены советскими учеными И. Гольден- блатом, В, К, Семенченко, С. Т. Конобеевским, Ряд интересных результатов в области термодинамики упругих и пластических деформаций был получен Н. С. Фастовым 4'.
Г Л А В А ХУП. ИСТОРИЯ ТЕРМОДИНАМИКИ И СТАТИСТИКИ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ. ВОЗНИКНОВЕНИЕ4КВАНТОВОИ ТЕОРИИ й 47. Начало исследований. Кирхгоф Общие замечания До сих пор рассматривалось в историческом развитии применение термодинамических и статистическик методов к исследованию свойств вещества. Принципиально новым в истории термодинамики явилось применение этих методов к исследованию свойств теплового излучения.
Это не только раздвинуло границы возможностей термодинамики и статистической механики, но и привело к таким последствиям, которые оказались революционными в истории физики вообще. Одним из ннх стало великое открытие Планка — квантовая гипотеза. Известный японский физик-теоретик Р, Кубо так оценивал важность исследования теплового излучения; «История создания теории теплового излучения занилаег очень важное и уникальное положение во всей истории науки» 4в. С этой оценкой нельзя не согласиться. В первой части настоящей работы была рассмотрена история учения о тепловом излучении до создания теории подвижного равновесия Прево.
Рассмотренные там работы составили первый этап исследования теплового излучения, Теория Прево явилась тем стержнем, вокруг которого можно было группировать известные факты и теоретические представления. Эта же теория выдвинула первостепенной важности вопрос о связи между лучеиспускательной и лучепоглощательной способностями тел. Экспериментальные исследования Лесли, Меллони и других физиков и их обобщение.на основе теории Прево привели к заключению: тела, которые сильнее поглощают излучение, должны его сильнее испускать. Это же соотношение имеет место и в обратном порядке.
Этот принцип, однако, был установлен только для интегрального излучения, Вопрос же о том, каково соотношение между лучепоглоща- 4' Смл Фаст о в Н. С. К термодинамике иластической деформации.— ДАН СССР, 1951, т. 78, № и " Кубо Р. Статистическая механика. М., 1967, с.
14!. 443 тельной и лучеиспускательной способностями тел для монохроматического излучения, требовал специального исследования. Первую серьезную попытку найти решение этого вопроса сделал английский физик Б. Стюарт. Результаты этого исследования были доложены в 1858 г. Королевскому обществу в Эдинбурге и в том же году опубликованы в статье «Отчет о некоторых экспериментах по лучистой теплоте, содержащий расширение теории обменов Прево».
В этой работе Стюарт, во-первых, экспериментально доказывает существование «внутреннего излучения», расширяя тем самым учение Прево, в котором этот факт не был учтен, и, во-вторых, и это главное, он установил, что «поглощение пластинки равно ее излучению, и зто имеет место для любого рода лучей теплоты» [16, с. 125]. Надо сказать, что высказанное Стюартом положение об отношении между лучеиспускающим и лучепоглощающим свойствами тел не имело под собой серьезной теоретической основы, а базировалось на некотором числе экспериментальных данных. Поэтому оно скорее выступало как определенная гипотеза, нежели как достаточно обоснованный принцип. Принципы термодинамики, в частности второе началу, к тому времени получившее широкую известность среди физиков, не были использованы для теоретического обоснования его положения, между тем применение термодинамики для этой цели казалось вполне логичным и естественным.
Электромагнитная теория Максвелла и второе начало термодинамики явились той основой, на которой в дальнейшем стала развиваться теория теплового излучения. Первые применения термодинамики к тепловому излучению. Исследования Кирхгофа «Бальфур Стюарт сделал свой вывод об отношении между испусканием и послан!гнием на основе опытов над невидимым тепловым излучением, не видя при етом никакой связи установленного им положения с достигнутыми в то время успехами спектроскопии. Кирхгоф шел другим путем.
Непосредственны.ч повода,н к открытию им закона излучения послужила актуальнейшая проблема спектроскопии — загадка происхождения фраунгоферовых линий» 116, с. 12б). Замечательное открытие Кирхгофа стало возможным благодаря двум факторам: его убежденности в универсальном значении второго начала термодинамики и его постоянному интересу к загадке фраунгоферовых линий, причина появления которых в солнечном спектре была в то время совершенно непонятна. Впервые темные линии солнечного спектра наблюдал английский химик и врач Волластон в 1802 г.
Не зная ничего о наблюдении Волластоиа, немецкий физик Фраунгофер открыл эти линии вторично в !814 г. при изучении солнечного спектра. Как сам Фраунгофер, так и ряд других физиков (Фуко, Ангстрем, Станс) пытались найти физическое объяснение происхождения этих линий, в частности, на основе идеи оптического резонанса. Так, согласно Ангстрему, 444 «тело в раскаленном состоянии должно излучать все лучи, поглощаемьи" им при обыкновенной температуре.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
