Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики (1185114), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Весьма важный вклад, как мы увидим дальше, в развитие понятия энергии в термодинамическом аспекте был внесен Ранкином и В. Томсоном. В приведенной выше цитато из книги Юнга обращают на себя внимание термин «работа», который у него также встречается впервые, и утверждение о пропорциональности работы и энергии. Правда, Юнг не указывает конкретно, что он понимает под словом «работа». В начале Х1Х в. аналогом понятия работы выступало «количество движущей силы», которым широко пользовались, в частности, Сади Карно и Клапейрон.
Систематическое употребление термина «работа» в его механическом понимании ведет свое начало от труда французского инженера и механика Ж. Понселе «Курс механики в приложении к машинам>'г (1828). Правда, следует отметить, что еще несколько раньше аналогичное понятие употребляли в своих исследованиях по теории машин французские инженеры и ученые Г. Кориолис и Л. Навье наряду с другими, более старыми эквивалентными понятиями. Читая студентам Сорбонны лекции по прикладной механике, которые легли в основу «Курса», Понселе наряду с термином «механическая работа» (1гача!! тесан!ппе) пользовался также и кулоновским термином с(папИе бас1!оп. Но вскоре Понселе самому стало ясно, что необходимо для обозначения эффективности полезного действия машин пользоваться совершенно определенным каким-либо термином, и он, по совету Кориолиса, останавливается на термине «механическая работа» или просто «работа».
Каково происхождение этого слова, Понселе не указывает. Энгельс говорит по этому поводу, что слово «работа» и соответствующее представление идут от английских инженеров [1, с. 81), но также не указывает источника. Но Понселе весьма подробно обосновы- " Смл Ттаце де тесашцие арр11цибе аих таасыпеа. Рат!э, 1828. 1ЗЗ вает целесообразность введения в обиход этого понятия и дает способ измерения работы. Понселе обращает внимание на то обстоятельство, что введение термина «работа» поможет избежать двойственного толкования слова «сила», так как под «словом «сила» мы будем отныне понимать только давление, простое усилие, развиваемое некоторым действующим агентом в любой точке и в определенном направлении»го.
В работах Понселе впервые указывается на связь между «живой силой» и работой: «Вода, содержащаяся в резервуаре мельницы, представляет известную работу, которой можно располагать и которая превращается в живую силу, когда мы открываем задерживающий затвор; живая сила, приобретенная водой благодаря ее падению из резервуара, в свою очередь изменяется в известное количество работы, когда она действует на мельничное колесо, а гто колесо передает гту работу на жернова и другие предметы, производящие все операции» гс У Понселе, как мы видим, понятие работы не выходит из рамок механики.
Он не говорит о возможности обобщения его на не- механические области. Между тем уже Сади Карно указал впервые на возможность вычисления «движущей силы» (т, е. работы) теплоты произведением давления на изменение объема газа. Таким способом измерения работы газа или пара при их тепловом расширении широко пользовались Клапейрон и Гольцман, однако в их сочинениях термин «работа» не встречается. Они говорят, так же как и Карно, о «движущей силе» тепла.
Энгельс указывает, что чисто механическое понятие работы далеко не исчерпывает всего содержания этого понятия: «Если теплота превращается — как это имеет место в паровой или калорической машине в в механическое движение, т. е. если молекулярное движение превращается в движение масс, если теплота разлагает какое-нибудь химическое соединение, если она превращается в термоэлектрическом столбе в электричество, если электрический ток выделяет из разбавленной серной кислоты составные элементы воды или если, наоборот, высвобождающееся при химическом процессе какого-нибудь гальванического элемента движение !иначе говоря, энергия) принимает форму электричества, а это последнее в свою очередь превращается в замкнутой цепи в теплоту,— то при всех этих явлениях форма движения, начинающая процесс и превращающаяся благодаря ему в другую форму, совершает работу, и притом такое количество работы, которое соответствует ее собственному количеству.
Таким образом, работа — это изменение формы движения, рассматриваемое с его количественной стороны» 11, с. 77 — 781. Однако такое широкое обобщение понятия работы стало возможно после открытия закона сохранения и превращения энергии. ы Ттапе де тпйсап!цпе аррйкпее аих гласи!пег. Рат1з, 1826, р. 5. " Ропсе1е1 3.
1.'!п!гадис!!оп а 1а птйсап1цие 1пдпа1пе11е рвуагйпе оп ехретппеп1а1е. Ме1», 1841 (пят. по 183, с. 2023]). 134 Следует также отметить, что в рассматриваемый период К, Гауссом, Грином и В. Гамильтоном были опубликованы фундаментальные теоретические исследования в области электричества и механики, в которых фигурировали математические понятия, тесно связанные с энергией и работой.
Указанные исследования способствовали развитию математической стороны учения о работе и энергии. Последнее обстоятельство было использовано в дальнейшем в теоретических исследованиях, посвященных второму началу термодинамики. Кроме того, упомянутые сочинения способствовали выяснению того важного факта, что работа в общем случае не является свойством системы и что количество работы, как меры перехода одной формы движения в другую, зависит, вообще говоря, от пути перехода, а не определяется только начальным и конечным состояниями системы.
Начиная с опытов Румфорда взаимосвязь между теплотой и работой была уже признанным фактом. В исследованиях Карно и Клапейрона она получила глубокое теоретическое обоснование и математическое развитие. Однако ни один из указанных ученых за этой связью еще не усматривал существования некоего общего принципа, далеко выходящего за рамки частной связи. Только лишь в конце 30-х годов мы находим некоторые высказывания на этот счет. Так, французский инженер-путеец Сэген высказал мысль, что между теплотой и работой существует строго определенное соотношение и что эта эквивалентность должна рассматриваться как универсальный закон природы: «Гак как современная теория (тепяоты.— Я.
Г.) привела бы... к вечному движению, то мне нанизалось бсслее естественным аредноложить, что определенное количество калорий исчезает в самом акте производства механической силы, и обратно: что оба явления связаны между собой условиями, которые делают неизменными их взаимные отношения» [33, с, 203~. Эти слова были написаны Сэгеном в 1839 г.
В истории термодинамики, в частности в подготовке открытия закона сохранения и превращения энергии, большую роль сыграли те открытия, в которых с очевидностью проявилась взаимосвязь теплоты с другими видами энергии". В этом плане особый интерес представляют термохимические исследования русского химика академика Г. И. Гесса. ф 11.
Термохимические исследования Гесса Первые опытные исследования тепловых эффектов химических реакций были начаты еще в ХЧП1 в. Крауфордом и Лавуазье и продолжены позже Дальтоном, Рихтером, Дюлонгом и другими учеными. Однако до Гесса никаких количественных закономерностей между кхимической силой» и теплотой установлено не было. П~ р * * ь ь, р и ! т П р б ! . [ 1 ! .
. ! ! †! ! ] . 135 30-х годах Х1Х в. относится к числу важнейших работ в период, предшествующий открытию первого начала термодинамики. Стремление познать явление химического сродства и строения химических соединений привело русского ученого к мысли связать химические процессы с тепловыми эффектами, их сопровождающими. О том, к какому выводу он пришел на основании своих исследований, Гесс в одном из сообщений Академии наук говорил: «Продоллсая свои исследованигч я установил, что каким бы путем ни совершалось соединение. — имело ли место оно непосредственно или происходило косвенным путем в несколько приемов, — количество выделившейся при его образовании теплоты всегда постоянно. Этот принцип настолько очевиден, что, если бы я не считал его уже доказанным, я, нисколько не задумываясь, принял бы его за аксиому» 112, с.
109 — 110]. Этот принцип Гесс впервые опубликовал в 1836 г. В последующие годы Гесс, придавая большое значение указанному принципу, всесторонне обосновал его экспериментально и в докладе Академии наук от 27 марта 1840 г. сформулировал его в общей форме, как закон постоянства сумм тепла: «Когда образуется какое-либо химическое соединение, то при этом всегда выделяется одно и то же количество тепла независимо от того, происходит ли образование этого соединенил непосредственно или же косвенным путем и в несколько приемов» 112, с. 20]. В дальнейшем Гесс широко пользовался этим законом в своих термохимических исследованиях. Значение открытия Гесса состоит в том, что в его законе впервые был отражен основной принцип, составляющий содержание первого начала термодинамики: сумма теплоты и работы не зависит от пути процесса, а только от начального и конечного состоя- Гесс Герлшн Иванович (!802 †18) Русский химик.
Родился в Женеве, с 1805 г. жил и воспитывался в Петербурге. Образование получил в университете г. Дерпта (в настоящее время г. Тарту), который окончил в 1825 гл с этого года работал в Стокгольме. В 1832 †18 гг. профессор Горного института и Института путей сообщения в Петербурге. Одни из основоположников термохимии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
