Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики (1185114), страница 16
Текст из файла (страница 16)
60 Первая работа Прево о тепловом излучении «Мемуар о равновесии огня» была опубликована в 1792 г. Здесь выражена основная идея его теории: «Равновесие двух смежных порций лучистого флюида состоит в том, что каждая из этих порций отдает столько, сколько получает» [15, с. 3211. Это равновесие достигается именно потому, что «свободный теплород» имеетдискретнуюструктуру: «Если не рассматривать дискретные флюиды (особенно свободный огонь) как движущиеся, а придерживаться другой, менее развитой гипотезы относительно упругости этих жидкостей, нельзя, я думаю, обольщаться возможностью объяснения удовлетворительным образом этих явлений» 115, с.
32Ц . Эта же идея высказана им в работе «Физико-механические исследования теплоты», написанной в тот же период: «Равновесие огня состоит в равновесии обменов, произведенных яугем излучения. Если два соседних тела посылают взаимно то же самое число частиц огня в данное время, то их соседство не изменяет их температур. ~к теплоты уравнены» [15, с.
3221. Равновесие нарушается, если одно тело испускает больше частиц, чем получает от другого. Тело, которое испускает больше, охлаждается, а то, которое получает больше частиц, чем их испускает, нагревается. Путем таких неравных обменов рано илн поздно равновесие вновь восстанавливается. Таким образом, согласно Прево, перенос лучистого теплорода происходит не только от тел с высокой температурой к телу с более низкой температурой, но и наоборот. Подойдя с этой точки зрения к опыту Пикте с отражением «лучей холода>, Прево дал его успешчое объяснение.
Это объяснение, а также вся теория подвижного равновесия изложены в его основном сочинении «Лучистый теплород»з', опубликованном в 1809 г. Концепция дискретного флюида, успешно примененная Прево к теории подвижного равновесия, оказалась весьма плодотворной в дальнейшем развитии физики. Оставив теплород, физика Х1Х в. использовала идею подвижного равновесия как результат двух равных, но противоположных потоков в кинетической теории, в частности в той ее части, которая рассматривала перенос энергии и материальных частичек.
По мере признания атомистической теории и ее распространения в физике и химии концепция динамического равновесия оказывалась все более и более плодо- Прево Пьер (!751 †18) Швейцарский физик. Родился в Женеве. Там же получил образование в местном университете. С !789 по 1784 г. живет в Берлинс, затем в Париже, где преподает курс общей физики в различных учебных заведениях. Умер в Париже.
В истории термодинамики остался как автор теории подвижного равновесия, сыгравшей большую роль в начальный период развития учения о тепловом излучении. 61 творной. Эвристическую ценность своей теории лучистого обмена, видимо, понимал и сам Прево, когда писал: «Известньь многие дискретные флюиды, излучающие и не излучающие. Часто приходится рассматривать эти флюиды в состоянии равновесия. Определение истинного смысла этого слова может иметь большое значение дане независимо от теории огня» 1!5, с. 3301. В этом же смысле роль теории Прево отмечалась и его современниками — Пикте, Гаюи и другими физиками. Как известно, предвидение Прево оправдалось: в электронной теории металлов, в физической химии, химической кинетике и других областях физико-химических наук идея подвижного равновесия явилась тем ключом, с помощью которого удалось объяснить многие важные закономерности природы и установить соответствующие связи между физическими величинами, их характеризующими.
Роль теории Прево в учении о теплоте была особенно велика. Впервые в связи с теорией лучистого обмена стало ясно, что процессы лучеиспускания и лучепоглощения протекают одновременно и независимо друг от друга. Бытовавшее среди физиков убеждение, что при тепловом излучении нагретого тела оно понижает свою температуру, в то время как воспринимающее эти лучи холодное тело только нагревается, а само не лучеиспускает, оказалось несостоятельным. В действительности же всякое тело одновременно и поглощает теплоту и является источником тепловых лучей.
Следовательно, температура данного тела определяется только отношением между двумя количествами тепла: количеством тепла, поглощенного этим телом, и количеством тепла, им испущенного. Прево был первым физиком, понявшим определяющую роль температуры в тепловом излучении.
До его нсследований эта сторона проблемы теплового излучения даже не обращала на себя внимание. Трудно понимаемый в рассматриваемую эпоху эмпирический факт — установление теплового равновесиягн между несколькими различно нагретыми телами — в теории Прево нашел свое логическое и убедительное обоснование. Не обошел в своей теории Прево и вопрос о том, как происходит сам процесс лучеиспускания — волнами или корпускулами. Верный своей общей методологической концепции, он считает, что процесс лучеиспускания происходит корпускулами, а не волнами.
Теория лучистого обмена Прево подготовила ту почву, на которой впоследствии смогли быть проведены классические исследования Кирхгофа, Стефана и Больцмана и которые в свою очередь явились отправной точкой работ Планка, завершившихся открытием революционной теории нашего времени — теории квантов. В учении о теплоте Прево, оставаясь в рамках теории тепло- ьь Смл Р г е ч о а ! Р. 1!и са1ог!Чпе гауоппап!.
Сепече, ! 809. " Термин «тепловое равновесие» (еяпшьмшп о1 Неа!) предложен впервые Блэном. Сил В!а с !г Л. Бес!игез, 1, р. 77. 62 рода, создал первую позитивную теорию, значение которой в дальнейшем развитии физики становилось все больше и больше. Важными открытиями обогатилось учение о тепловом излучении в начале Х1Х в. Речь идет об открытии «темных тепловых лучей», сделанном известным астрономом В. Гершелем" и физикамн И. Риттером'в и В. Волластономв4. Взгляды на природу теплоты в начале Х!Х в.
После рассмотренных исследований и открытий стало ясно су- щественное различие между свойствами видимого света и тепло- выми лучами, а также то общее, что между ними имелось, в част- ности аналогия между их распространением, преломлением и отражением. В дискуссии, связанной с открытиями Гершеля, Риттера и Вол- ластона принимали участие многие физики, поскольку здесь пере- плетался ряд проблем, волновавших научную мысль начала прош- лого века. Эти проблемы охватывали не только учение о теплоте, но и оптику, а также чисто мировоззренческие, общие вопросы фи- зики и ее методологии.
В области учения о теплоте основной вопрос вращался по-преж- нему вокруг проблемы о природе теплоты. Как уже говорилось выше, защитники вещественной теории теплоты, которых опыты Румфорда не убедили в ее несостоятельности, все новые открытия пытались увязать с теорией теплорода. Такие же попытки они де- лали и в отношении «невидимых тепловых лучей». Более осторож- ные физики и философы, не желая совсем отказаться от теплорода и признавая существование как видимых, так и невидимых тепло- вых лучей, оставляли в своих теориях место теплороду, но рассма- тривали его уже не как гипотетическое вещественное начало те- плоты, а как некую среду, в которой наряду с эфиром распростра- няются свет и лучистая теплота. Эта точка зрения восходила к И. Канту, называвшему теплородом или эфиром «первичную, двтв- жущую материю, пронизывающую все пространство, так что един- ственно возлсожным ее движением могли быть только колебания внутри себя самой» вв.
В таком смысле теплород фигурирует в классических рабо- тах по волновой оптике О. Френеля и некоторых других фи- зиков. Начало Х1Х в. ознаменовалось блестящими успехами волно- вой теории света как в отношении ее экспериментальных основ, так и теоретических построений. Открытие и объяснение интерференции, дифракции и поляризации света окончательно выбило почву из-под ног защитников корпускулярной теории и. „. м .рг„,в „р с:»гав,»кмт„„„ц О, пьц Воо, ~. 25 . в' Смп РЫ!оворька! Тгапвас!!опв (А), 24, 1800, р.
285. м Смп СП!Ьег!ов Аппа!еп, Н11, 1801, 5. 527. вв Цнт. по кнп Ф р е н е л ь О. Избранные труды по оптике. М., !955, с. 553, 63 н физики обратили свой талант на разработку важнейших проблем волновой теории, добившись в этой части больших успехов. Естественно, что твердо установленная к этому времени аналогия между свойствами света и тепловым излучением давала прямой повод рассматривать последнюю как волновой процесс. А поскольку источником волн является колебательное движение частиц, то тем самым становятся вполне понятными истоки «колебательной теории» теплоты, получившей распространение в первое десятилетие Х[Х в.
Как уже говорилось выше, этот взгляд на природу теплоты не являлся оригинальным достижением рассматриваемой эпохи, а восходил еще к идеям Гука и Ньютона, но теперь он получал определенное экспериментальное обоснование. Таким образом, старая корпускулярная гипотеза о природе теплоты в несколько ином варианте вновь заявляла право на свое существование. В этом плане заслуживает рассмотрения точка зрения на природу теплоты одного из основоположников и ревностных защитников волновой теории Т. Юнга, выдающегося английского естествоиспытателя, врача и физика эе. Специальных исследований, посвященных проблемам теории теплоты, Юнг не производил. Но высказывания его на этот счет содержатся в многочисленных работах, посвященных волновой теории.
Приведем некоторые из них. В своем мемуаре «О теории света и цветов» [1802) Юнг пишет: «Долгое время существовало твердо устаяовиеилггся л~ягяие, что теплота заключается е колебаниях частиц тгл, распространяющихся волнообразно е пустоте, ко е последнее время этот взгляд был почти оставлен. Граф Румфорд и мистер Дэви — почти единстве ные физики, которые высказались е пользу этой теории; но мяе кажется, что ока была отвергнута без достаточных оснований и, может быть, скоро она снова получит признание» [18, с. 121. Юяг Томас (!773 †18) Английский физик, врач и астроном. Родился в Лондоне и там же получил образование.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
