Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики (1185114), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Этому вопросу они посвятили специальную работу, опубликованную годом позже, в 1819 г. '" Надо сказать, что попытки такого рода, т. е. определение теплоемкостей по времени охлаждения тела, делались и раньше. Но из-за грубой методики эксперимента и большого количества неучтенных ошибок эти попытки не привели к существенным результатам. Дюлонг и Пти, тщательно устранив побочные влияния, сумели указанным способом определить с большой степенью точности удельные теплоемкости различных веществ и благодаря этому установить общий закон для теплоемкостей химически простых веществ.
Еще задолго до открытия Дюлонга и Пти Дальтон предсказывал, что рано или поздно будет открыт какой-либо общий принцип о теплоемкостях. Уж очень тесно теплоемкость связывалась с физическими и химическими свойствами вещества. В «Новой системе химической философии» Дальтон писал; «77асколько мне известно, нгт ни одного установленного факта относительно удельных теплогмкостей тгл, как упругих, так и жидких... и надо надеяться, нто вскоре какой-либо принцип... будет распространен на все вообще твердые и жидкие талал [18, с.
19 — 201. Именно такой общий принцип и нашли экспериментально французские физики. Они установили з а кон, согласно которому произведение удельных теплоемкостей химически простых '" Смл Ои!оп я е1 Ре111, йесиегсьев зиг 1а тпевиге йе 1егпрегащгез е1 зиг 1ез 1о!в йе !а сопипип!са1!оп йе !а спа!еиг; Аппа!ез йе сп1гп. е1 йе риув., !8!8, 1. т"П, рр. 113, 225. '" Сил иесьегспез зиг Чие!Чиез рощ1в ипрог1ап1в йе 1а 1пеот!е йе 1а сьа!сит. Липа!ее сп!пт.
Рьуз., 18!9, 1. Х, р. 395. Я.М. Гельдыев 97 веществ на их атомный вес для всех веществ есть число постоянное, или, в формулировке самих авторов, «атомы всех простых веществ имеют одинаковую теплоемяосты. Вначале закон Дюлонга и Пти встретил много возражений, тем более что некоторые химически простые вещества ему не подчинялись, и эти исключения никак не могли быть объяснены. Но были и такие ученые, которые интуитивно почувствовали всю важность этого закона для физики и химии. Так, Берцелиус в 1821 г. высказался о законе Дюлонга и Пти в том смысле, что «если он подтвердится, то будет одной из прекраснейших частей теоретической химии>)оа П равильно оценил значение этого закона и Авогадро, усмот- 4 рев в нем экспериментальную ос- ! "~.~,~'"' 1 - ' нову для проверки своей гипо- ~'6 '~Л „р ~6 „„~ тезы относительно числа молекул .
'ж. --'"".."г '.'' "- = газов. Предвидение указанных ученых оказалось правильным. ~ Большое значение закона Дюлон- га и Пти в развитии атомистиРис. 16. Установка Меллони для исследования теплового излучения 1си и молекулярно-кинетической теории теплоты хорошо известно. Позже, в 30 — 40-х годах Х1Х в., Ф. Нейман, Реньо и Г. Копи подтвердили этот закон более точными экспериментами н распространили его на химические соединения. Известные исключения для С, В и 81, естественно, в то время оставались загадочными и объяснены быть не могли, Рассмотрим вкратце теперь некоторые основные исследования в области теплового излучения, которые были проведены в рассматриваемый период. Уже говорилось выше о большом интересе к этой проблеме Фурье.
В период с 1817 по 1825 г. французский математик провел большое число теоретических исследований 'о' теплового излучения, главная цель которых была не выяснение каких-либо чисто физических сторон явления, а его математический анализ. Задача Фурье в полном соответствии с его исследованием теплопроводности состояла в том, чтобы дать математическое описание процесса лучистого теплообмена, на основе которого можно было бы установить закон охлаждения нагретого тела.
Основной теорией, вокруг которой и на основе которой происходило дальнейшее развитие учения о тепловом излучении, являлась теор и я подвижного р а внове с и я Прево. В этой важнейшей физической теории первой половины Х1Х в. впервые 'е' Цнт. по кял Соловьев Ю. И. Герман Иванович Гесс. М., 1962, с. 42.
"а Смс ОЕпчгеа ве Ропг1ег. Раг!а, 1888, 1. 11, р. 333 — 336. четко определилась связь между процессами лучеиспускания и лучепоглощения данного тела. Ранее начатые в этой части исследования Лесли были продолжены итальянским физиком М. Меллони, немецким К. Кноблаухом и другими учеными. Для интегрального излучения была найдена важная зависимость между лучеиспусканием и лучепоглощением: тела, которые сильнее поглощают, сильнее и испускают, и наоборот.
Было по этому поводу высказано и мнение, что лучеиспускающая и лучепоглощающая способности не только пропорциональны между собой, но и равны. Необходимы были новые исследования, тем более что вопрос о подобных соотношениях для монохроматического излучения оставался открытым. Впервые этим вопросом занялся Меллони совместно с Нобили в 1831 г. в-связи с изучением теплового спектра Солнца и прозрачности различных веществ для тепловых лучей.
Они установили, что тепловые лучи очень разнородны по своему составу и в различной степени пропускаются водой. Позже Меллони показал, что таким же свойством обладают и другие прозрачные среды. Этот же ученый нашел, что спектральный состав теплового излучения весьма разнообразен у различных источников теплового излучения.
Установка, которой пользовался Меллони, изображена на рис. 1б. С исследованиями Меллони связано также окончательное доказательство тождества основных свойств световых и тепловых лучей. Он на ряде опытов показал, что тепловые лучи преломляются и отражаются по таким же законам, как лучи света. Защитники гипотезы волновой природы теплоты, естественно, в этом факте увидели еще одно подтверждение своих взглядов. Споры возникали лишь по вопросу о том, распространяются световые и тепловые лучи в одном эфире или каждый вид лучей Меллолп Моччедонио (1798 †18) Итальянский физик. Родился в Париже и там же получил образование. В 1824 †18 гг.
профессор физики Пармсного университета. С 1831 по 1839 г. живет в Париже, не занимая какой-либо официальной должности. С 1839 г. директор Консерватории искусств и ремесел в Нсаполе. В истории термодивамикн остался как автор важных исследований теплового излучения. распространяется в своем собственном эфире. Ампер, например, высказался в пользу первого предположения и пришел к заключению, что теплота — это колебательное движение атомов, происходящее внутри частиц. Исследования Меллони были продолжены Кноблаухом, который нашел, что аналогия между световыми и тепловыми лучами может быть продолжена на все без исключения свойства света, так как тепловые лучи могут дифрагировать, двояко преломляться и т.
д, Он также показал, что все различие между лучами света и тепла заключается в длине волны. Провостэ и Десен специально исследовали вопрос о соотношении между лучеиспусканием и лучепоглощением нагретого тела. Выводы Мы рассмотрели длительный период развития учения о теплоте, насыщенный важными теоретическими и экспериментальными исследованиями. Многие результаты, полученные в это время, позже органически вошли в термодинамику.
Не была рассмотрена нами лишь одна основополагающая работа этого периода — выдающийся трактат французского инженера Сади Карно <Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу». Именно эту работу, опубликованную в !824 г., и принято считать началом истории термодинамики как науки. Однако, прежде чем перейти к анализу указанного труда, подведем итоги и еще раз вспомним те результаты из истории развития учения о теплоте, которые в конечном счете привели в середине Х1Х в. к открытию принципа эквивалентности теплоты и работы — фундамента, на котором стало возможным объединение разрозненных фактов в единую стройную систему знаний о теплоте и ее законах.
Можно считать, что начало развитию учения о теплоте было положено на рубеже ХЧ1 — ХЧ11 вв., когда был изобретен простейший термоскоп. В результате этого изобретения появилась возможность перехода от простых наблюдений к количественному изучению тепловых явлений. Превращение термоскопа в термометр составило эпоху в науке и привело к новым открытиям. Благодаря термометру удалось разграничить два наиболее важных, фундаментальных понятия учения о теплоте — понятия температуры и количества теплоты, что само по себе означало значительный прогресс в этом учении.
Другим важным моментом, связанным с применением термометра, явилось открытие закона термического равновесия, как известно, одного из важнейших термодинамнческих принципов. Вторым важнейшим экспериментальным достижением в области учения о теплоте явилось изобретение калориметра и разработка простейших методов калориметрического исследования тепловых свойств вещества. Благодаря применению калориметра н термометра был сформулирован ряд важнейших понятий термодинамики, таких, как теплоемкость, скрытая теплота плавления и кипения, теплота сгорания. ~оо Оба указанных изобретения стимулировали значительный прогресс в изучении тепловых явлений не только в части экспериментальной, но также и теоретической: были исследованы простейшие термодинамические свойства газов, открыты законы Бойля — Мариотта и Гей-Люссака.
Клапейрон позже объединил оба закона в уравнение состояния идеального газа, сыгравшее большую роль в термодинамических исследованиях В. Томсона и Клаузиуса. Были открыты тепловые эффекты, сопровождающие изменение объема газа, проведены Пуассоном и Лапласом важные теоретические исследования адиабатического процесса. Значительным достижением теплофизики в рассматриваемый период явилось открытие некоторых закономерностей теплового излучения н создание Прево на этой основе теории подвижно~о теплового равновесия. Экспериментальные исследования теплоемкостей газов и твердых тел, несомненно, внесли свою долю в развитие как атомистической теории, так и общей феноменологической теории теплоты.
И наконец, открытие и исследование взаимосвязи между теплотой и другими явлениями — механическими, электрическими, химическими и т. п. †заложи тот фундамент, на котором в середине Х1Х в. был сформулирован закон сохранения и превращения энергии — важнейший закон природы. Для истории термодинамики особенно важнымн явились исследования взаимосвязи между теплотой и механической работой. В этой связи отметим, что именно формирование в рамках механики понятий энергии и работы, а в учении о теплоте— понятия количества теплоты, в конечном итоге привело к открытию принципа эквивалентности теплоты и работы — первого начала термодинамики. Таким образом, можно утверждать, что в важнейшей своей части термодинамика явилась синтезом механики и учения о теплоте. Уже на ранней стадии развития учения о теплоте наметились два направления: феноменологическое, основу которого составляла вещественная теория теплоты, и молекулярно-кинетическое, опиравшееся на представление о теплоте как роде двн.кения частичек тел.
В основе вещественной теории — теории теплорода — лежало представление о теплоте как особом веществе, подчиняющемся «закону сохранения теплорода», который лежал в основе всех калориметрических расчетов. Точка зрения на теплоту как на несоздаваемое и неуничтожаемое вещество, естественно, приводила к выводу о том, что теплота является свойсзвом самой системы.
Именно так она и проявляла себя, например, в термохимических явлениях. Мы уделили достаточно внимания истории возникновения и развития теории теплорода. К сказанному добавим еще следующее. В некоторых руководствах по физике и термодинамике, а также историко-физических работах высказывалось мнение о том, что на основе теории теплорода никаких положительных достижений получено не было. Что это не так, видно хотя бы из простого перечня тех достижений теории теплоты, которые были получены в рамках вещественной теории тепла: вывод уравнения адиабатического процесса Пуассоном и решение на этой основе загадки скорости звука в газах, теория Сади Карно — выдающееся достижение теоретической теплофизикп периода господства теории теплорода, аналитическая теория теплопроводности Фурье, теория подвижного равновесия Прево.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
