Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики (1185114), страница 15
Текст из файла (страница 15)
359. м Смл Нагзчоо 4 Цт. Рачу'з Ехрег!гпеп!а оп Неа1. Сапаб!ап Скеткцгу апб Ргосеез 1пбиз!Вез. "' Там же, р. 486. " Смл Ро)пс а ге Н, Т)»еппобупагп!Чие. Раг!з, 1892, р. 27 — 28. м Смл Ь)рртпапп С». Соига бе Т)гегпгобупагп!Чие. Раг!з, 1889, р. 3 — 4. В ХЧП в, уже довольно широко было распространено мнение, что свет и теплота, испускаемые раскаленным телом, не просто взаимосвязаны, а являются тождественными явлениями. Это убеждение не было поколеблено опытами флорентийских академиков и опытами Мариотта. Первые, как известно, обнаружили существование «темных» тепловых лучей, распространяющихся от нагретого (но не раскаленного) тела.
Что касается Мариотта, то он доказал, что тепловые лучи, сопровождающиеся лучами света, т. е. идущие от раскаленного источника, свободно проходят сквозь прозрачные среды, в то время как тепловые лучи, испускаемые просто нагретым телом («темные лучи»), задерживаются прозрачной стеклянной пластинкой 4«. Таким образом, уже в опытах Мариотта выявилась весьма существенная разница в поведении световых лучей и «темных» тепловых лучей, что отнюдь не говорило в пользу тождественности обоих явлений.
Однако это обстоятельство не привлекло к себе внимания и осталось незамеченным. Пожалуй, только один Гук в это время говорил не о тождестве тепловых и световых явлений, а об их сходстве. Этого выдающегося ученого и человека можно считать первым, кто усмотрел аналогию в процессах распространения тепла и света.
В первой половине ХЧП1 в. существование тепловых лучей считалось веским аргументом в пользу утверждения о реальном существовании теплового вещества. В 1778 г. Шееле опубликовал сочинение «Химический трактат о воздухе и огне» (77, )Ч 58), в котором описал некоторые опыты, убедившие его в том, что «световые лучи не являются носителями лучистой теплоты» (термин «лучистая теплота» предложен Шееле) и что лучистая теплота обусловлена не нагреванием воздуха, поскольку ее действие не зависит от наличия между нагретым и холодным телами воздушных потоков. Далее, Шееле показал, что плоское стеклянное зеркало отражает свет, но задерживает теплоту, а металлическое зеркало отражает как свет, так и теплоту. При этом само зеркало не нагревается.
Нагревание его наблюдалось только в том случае, если оно было зачернено. Заключение Шееле таково: «Воспламенение обусловливается действием лучистой теплоты, которая невидима и отлична от огня» (77, 1»' 58, Ь. 46]. К таким же выводам относительно лучистой теплоты пришел независимо от Шееле и И. Ламберт, как это видно из его посмертно опубликованного трактата «Пирометрия» (1779). Кроме того, Ламберт доказал экспериментально прямолинейность распространения «темной теплоты» (как он называл тепловое излучение) и обратно пропорциональную зависимость ее интенсивности от квадрата расстояния до источника (рис. 12).
После Шееле исследование теплового излучения вступило в "' См.: Маг!о11« Е. Еаза! г1п сьапг1 «1 йч 1го1«, ОЕечгок Е«1ееп, 1717, 1. Гь р, 496. 58 новую фазу и привлекло внимание большого числа физиков в различных странах. Вряд ли все эти исследователи могли себе представить, что благодаря их общим усилиям тепловое излучение в конечном счете явится важным аргументом в пользу кинетической теории теплоты, а следовательно, фактором, говорящим против теории теплорода. В по зеркпрс следующем развитие теории теплового излучения способствовало постепенному Нагрегрюе процессу «объединения учения о теплоте, »7«рр а затем термодинамики, оптики и элек- гермрмепр тродинамики, отражающему неразрывную связь в природе тепловых, световых и электромагнитных явлений, казавшихся Рпс.
12. Опыт Лпыбсртп существенно разнородными на ранних этапах развития физики 115, с. 302) . Отметим некоторые основные факты в области развития теории теплового излучения, полученные в конце ХЧП1 в. и в первые десятилетия Х1Х в. и имевшие отношение к развитию взглядов на природу теплоты после опытов Румфорда и Дэви. Прежде всего следует указать на опыты женевского профессора Марка Августа Пикте, описавшего в своем сочинении «Опыт об огне»" (1790) ряд экспериментов, имевших важное значение для выяснения природы «лучистой теплоты Шееле» и явившихся отправным пунктом теории подвижного равновесия, развитой также женевским физиком Пьером Прево.
Важнейшими опытами Пикте явились опыты с отражением тепла и холода с помощью вогнутых металлических зеркал, идея которых восходила еще к флорентийским академикам. В фокусе одного из двух параллельно установленных оловянных зеркал помещался сосуд с кипящей водой, служивший источником теплового излучения.
В фокусе другого зеркала находился термометр. Второй такой же термометр находился вне зеркала и фиксировал температуру окружающей среды. При соответствующем расстоянии между двумя зеркалами термометр, находившийся в фокусе одного из них, фиксировал повышение температуры (рис.
13). Пикте обратил внимание на то обстоятельство, что если шарик термометра зачернить, то температура повы- сится еще больше. Попытка Пикте опре- ггрнонепры делить скорость распространения теплоЗернарр Зераир вых лучей успеха не имела. Опыт, описанный выше, Пикте повторил и с «холодными лучами». Его постановка не была случайной прихотью ученого, а преследовала вполне определенную цель. Дело в том, что еще с ХчгП в.
в науке было распространено мнение о том, что тепло и холод суть два разных Рпс. 13. Опыт Пакте 'ч Сыс Р! с1«1 М. Е«»а1 апг 1с 1«п. Оспечс, 179Ц 59 качества, которые и обусловлены разными началами. Отсюда н то противопоставление тепла холоду, которое мы встречаем в трудах Бэкона, Декарта, Бойля и других ученых.
Это же представление перешло и в науку ХЪ'П1 в. Пикте был одним из первых физиков, поставивших под сомнение правильность такого противопоставления. В одном из разговоров о лучистой теплоте со своим коллегой, математиком Бертраном, последний задал ему вопрос: думает лн Пикте, что холод способен отражаться? На это последовал ответ: «Холод — зто только недостаток теплоты, а отрицание не может отражаться» [15, с. 312]. Тогда Бертран предложил Пикте произвести совместно соответствующий эксперимент.
Они повторили описанный выше опыт с двумя зеркалами с той лишь разницей, что вместо сосуда с кипящей водой в фокус зеркала помещался сосуд со снегом. Термометр, находящийся в фокусе противоположного зеркала, сейчас же реагировал на это понижением термометрической жидкости. Это понижение было значительно большим. когда вместо снега бралась охлаждающая смесь.
По этому поводу Пвкте писал следующее: «Факт был вне сомнения и сначала меня поразил, но некоторое размышление дало мне ключ к объяснению... Всякое нагретое тело находится в состоянии некоторого напряжения., термометр... может быть рассматриваем как теплое тело относительно любого тела, которое холоднее его; огонь стремится его покинуть, и если он может это сделать, он распространится вокруг термометра в форме лучистой эманации., Если мы поместим в фокусе зеркала не только тело более холодное, чем термометр, но которое по своей природе, как снег или лед, целиком разрушает напряжение огня, приходящего к нему, тогда...
наличие холодного тела откроет нечто вроде пропасти в теплоте всей комнатьо она поглотит теплоту термометра, которая придет туда, как в воронку... Опыт, произведенный со снегом, в основе отличается от опыта с шаром или сосудом с кипящей водой только направлением, по которому движется калорическая эманация. В опыте с и«аром ояа движется от шара к термометру,. а в опыте со снегом она движется в противоположном направлении, т. е. от термометра к сосуду со снегом; термометр играет относительно куска льда ту же роль, что и шар относительно термометра» [15, с.
313 †3]. Таким образом, Пикте устранил понятие «лучей холода» н доказал, что в действительности во всех случаях имеет место тепловое излучение и что теплота переносится от места более «снльного напряжения» к месту «более слабого» напряжения. Мерой «напряжения теплоты» является температура. Важно отметить, что Пикте нигде не говорит о динамическом характере теплового излучения. В согласии с общей концепцией своей эпохи он считал, что если имеются два тела с различной температурой, то более теплое тело отдает теплоту и его температура понижается, а холодное принимает теплоту и нагревается. Если же тела имеют одинаковую температуру, то никакой отдачи и поглощения тепла не будет.
Таким образом, концепция Пикте— статическая, хотя второй его опыт при более внимательном н четком анализе совершенно определенно говорил о динамическом характере теплообмена между различно нагретыми телами, Прево был первым физиком, понявшим динамический характер процесса лучистого теплообмена между телами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
