Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики (1185114), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Дарвин сделал наблюдение: при быстром расширении воздуха его температура понижается. Так, если струю воздуха впускать под колокол воздушного насоса, то находящийся там термометр показывает понижение температуры. Аналогичное явление описал в 1799 г. Пикте: капли воды замерзали на поверхности трубки, из которой вытекал сильно сжатый воздух.
Факт, связанный с повышением температуры газа при его сжатии, согласно версии, рассказанной Ф. Розенбергером 152~, был открыт случайно одним рабочим на оружейном заводе при испытании духового ружья. Таким способом ему удалось зажечь даже кусок трута. Об этом открытии лионский профессор Молле поместил в физическом журнале в 1803 г, небольшую заметку, которая, однако, на первых порах не произвела должного впечатления на ученых. Позже, когда это наблюдение было подтвержено другими экспериментами, к сообщению Молле появился известный интерес. В свете теории теплорода все эти явления легко и просто объяснялись: любое тело содержит определенное, свойственное только ему количество теплорода.
При изменении состояния тела это количество, естественно, изменяется. Так, при расширении воздуха или другого газа для компенсации недостающего ему теплорода он заимствует его от окружающих тел, вследствие чеготем- в' Сма Аппа!ев е сЫппе е1 ае раув)Чпе, 1813, 1. 85, р. 72. 'в Сма РЫ!оворЫса1 Тгапвас1юпв (4), !788, ч. 78, р. 43.
пература этих тел понижается. Наоборот, при сжатии газа он выделяет избыток теплорода — окружающие газ тела нагреваются. Так, например, объяснил это явление Вильке, считавший его сильным аргументом в пользу вещественной теории теплоты. Дальтон первым высказал предположение, что тепловые эффекты в газах связаны с их теплоемкостью и что поэтому очень важно знать точное значение их величин. Как видно из работы Даль- тона «О теплоте и холоде при механическом сжатии и разрежении воздуха» з' (1802), эту связь он представлял себе неверно, полагая, что удельная теплоемкость газа при сжатии будет меньше его теплоемкости при расширении. Эта гипотеза Дальтона находилась в соответствии с общепринятой точкой зрения, согласно которой теплоемкость тела зависит от его плотности.
Указанная гипотеза при ее логическом развитии приводила к парадоксальному выводу о том, что максимальной теплоемкостью должен обладать вакуум ". По-видимому, Био первый указал на этот факт, что следует различать теплоемкости при постоянном объеме и постоянном давлении не только у газов, но также у жидкостей и твердых тел. «Но так как,— замечает он по этому поводу,— изменение их объема значительно меньше, чем у газов, то и соответствующую отдачу тепла следует считать очень незначительной по сравнению с той, которая происходит вследствие понижения температуры» з'.
Многие физики были сторонниками гипотезы о зависимости теплоемкости газа от его объема, поскольку эта гипотеза была органически связана с теорией теплорода. Вопрос заключался лишь в экспериментальной ее проверке и установлении зависимости между теплоемкостью газа и его объемом. В 1807 г.
Гей-Люссак, сторонник этой гипотезы, сделал попытку найти эту зависимость. Произведенный им опыт сыграл очень большую роль в истории термодинамики, хотя на первых порах на него и не обратили должного внимания. Благодаря этому опыту в дальнейшем были отметены все те неправильные представления, которые сложились вокруг вопроса о теплоемкостях газов.
Этот же опыт послужил отправной точкой Р. Майеру при вычислении им механического эквивалента теплоты, а позже — В. Томсону и Джоулю при исследовании термодинамических свойств реальных газов. Суть опыта Гей-Люссака состояла в следующем. Поскольку Гей-Люссаку был известен факт охлаждения газа при его расширении, он решил воспользоваться этим явлением (схема прибора Гей-Люссака показана на рис.
14). «Я взял два баллона,— писал ои в своей работе,— емкостью в двенадцать литров каждый. К одному из тубусов каждого баллона был прикреплен кран, 'з Смл Мапсй. РЫ1. 5ос. МЬп., ч. 5, 1802, р. 515. з' Интересно отметить, что Дезорм и Клемаи в 1819 г. опубликовали работу, в которой оии утверждали, что измерили теплоемкость вакуума. Смз !Зезогпгез е1 С!йгоеп1. з. Рьуз., СЬ!пь, й'Н!з1. !Ча1. е1 йез А«1з, 1829, 1. 89, р. 321. " В!ог д Тгаие йе рЬузгйие ехрегппеп1а! е1 гаа15егпа1!Чпе. Раг!з, 18!6, 1.
11г, р. 275. 73 в другой тубус каждого баллона был вставлен очень чувствительный спиртовой термометр, позволявший фиксировать температуру с точностью до сотых долей градуса Цельсия. Для избежания влияния влажности в каждый баллон помещался хлористый кальций... Эвакуировав оба баллона и убедившись в их герметичности, я наполнил один из баллонов газом, с которым производился опыт. Спустя примерно двенадцать часов я соединил баллоны свинцовой трубкой и открыл краны. Газ устремился тогда в эвакуированный баллон, пока не установились равные давления в обоих баллонах.
Во время перехода газа менялись показания термометров, которые я тщательно отмечал «ь. Проделав несколько серий опытов с различными газами (воздух, Ня, СОя), ГейЛюссак получил один и тот же результат: температура газа в баллоне, из которого выходил газ, понижалась, соответственноповышалась температура газа в том баллоне, Рис. 14. Опыт Гей-Лщс- куда он входил.
При этом понижение температуры в одном баллоне равнялось ее повышению в другом и, следовательно, при смешении двух масс газа, находящихся в разных баллонах, температура расширенного газа оказалась равной первоначальной температуре газа, имевшего меньший объем. Указанный результат дает основание Гей-Люссаку утверждать: «Мне кажется, что я имею достаточное основание заключить, что при переходе воздуха из одного баллона в другой, равной емкости, изменения температуры в каждом баллоне равны»'ь.
Таким образом, гипотеза о зависимости теплоемкости газа от его объема не подтвердилась. Однако, как видно из дальнейшего, суть опыта ни Гей-Люссак, ни другие ученые не поняли и объяснить не смогли. Это было сделано Р. Майером спустя 35 лет. О большом значении опыта Гей-Люссака в истории термодинамики говорит тот факт, что в 1957 г. в ознаменование его !50-летия этот опыт был вновь продемонстрирован с применением новейшей измерительной аппаратуры т'. Дальтон Джон (176б †18) Английский физик и химик.
Родился в графстве Кэмберленд в Англии. Знания получил самообразованием. С 1791 г. преподаватель математики в г. Кендале, позже в математики и физики в Манчестере. С 1822 г. член Лон- донского Королевского общества. Основоположник химической атомистики, автор одного из основных законов газового состояния («закон Дальтона»).
Его работы сыграли важную роль в начальный период исследова- ния тепловых свойств газов. Статья Гей-Люссака «Первый опыт определения изменения температуры, происходящего в газах при изменении их плотности, и обсуждение вопроса о теплоемкостях газов», в которой он описал свой эксперимент и выводы из него, была опубликована в трудах Аркельского общества — небольшого замкнутого научного кружка, и поэтому даже при жизни автора была труднодоступной. Э. Мах полностью перепечатал ее на французском языке в качестве приложения к известной своей книге «Основы учения о теплоте в историко-критическом изложении» т'. По существу, об опыте Гей-Люссака забыли совсем после рассмотренных выше определений теплоемкости воздуха Деларошем и Бераром. Как уже говорилось, они впервые получили надежные значения теплоемкости газов при атмосферном давлении.
Однако в выводах этих исследователей был один пункт, который, казалось, подтверждал гипотезу о зависимости тепло- емкости газа от его объема. Дело в том, что, определяя теплоемкость воздуха ири более высоких давлениях, чем атмосферное, Деларош и Берар получили неверное значение теплоемкости и отсюда сделали вывод о том, что изменение теплоемкости происходит вместе с изменением объема: «Все знают,— писали оии и своей работе,— что нри сжатии воздуха вьгдгляется теплота. Это явление уже давно объяснялось предполагаемым изменением тенловмкости воздуха.
Но это объяснение основывалось на простом предположении, нг имевшем прямого подтверждения. Нам кажется, что полученные нами результаты устраняют всякие сомнения, которые можно выдвинуть против этого объяснения> ". Авторитет экспериментаторов был достаточно велик, и поэтому неправильные представления о теплоемкостях газов просуществовали довольно долго, до тех пор, пока Реньо в 1853 г. не показал ошибочность вывода Делароша и Берара, которые не учли экспериментальных ошибок при своих измерениях. Это лишний раз подтверждает слова Планка о большой роли эксперимента в развитии науки. В данном случае мы имеем пример того, как неверно истолкованный эксперимент тормозил развитие термодинамики в течение многих лет. Дальнейший вопрос заключался в том, чтобы перейти от качественных наблюдений над теплоемкостями газов к установлению количественного соотношения между теплоемкостями газов при постоянном давлении и постоянном объеме.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
