Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики (1185114), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Разность этих теплот и представит собой механический эффект. Таким образом, работа машины неразрывно связана с потреблением тепла. Эти рассуждения Майер облекает в следующую математиче- скую форму: «Если тепло, которое получает гаэ, нагреваясь при постоянном объеме до 1', равно х, тепло же, необходимое гаэу для такого же повг~шения температуры при постоянном давлении, равно х+у, и если, далее, вес, поднятый в этом по- следнем случае, равен р, а высота его подъема равна й, то тогда у рй». В этих словах заключен физический смысл известного из термо- динамики уравнения Майера ф— Су Я, где с — теплоемкость газа при постоянном давлении, ст — его тептт лоемкость при постоянном объеме (обе теплоемкости молярные), Я вЂ” работа расширения одного моля газа при р=сопз1 (универ- сальная газовая постоянная).
Опираясь на современные ему данные о теплоемкостях газов Делароша, Берара и Дюлонга, Майер получает числовое значе- ние эквивалента, сопоставив количество теплоты, затраченное на расширение 1 см' воздуха, и произведенной при этом работы. При этом он рассуждает следующим образом: количество тепло- ты, необходимое для нагревания 1 смэ воздуха при постоянном давлении на один градус, равно (;1р — — спт 1'=0,000347 кал. Здесь принимается, согласно Деларошу и Берару, ср —— 0,267 кал/(г град).
Соответственно количество теплоты, затраченной на нагрев той же массы воздуха, но при постоянном объеме, будет равно 0,000244 кал (си=0,188 кал/(г град)). Расширяясь при постоянном давлении, воздух увеличивает свой объемна!/274 первоначальногообъема и, следовательно, может поднять при нормальных условиях столбик ртути весом 1,033 кг на высоту 1/274 см. Совершенная при этом работа равна 3,78 10-э кгс м. Соответствующее этой работе количество теплоты равно (0,000347 — 0,000244) кал=0,000103 кал тепла.
Отсюда значение механического эквивалента равно 3,78 10-' кгс м; 1,03.10-т=367 кгс м/ккал. В полном соответствии со взглядами Майера на соотношение между теплотой и работой находятся н его взгляды на природу теплоты, которую он рассматривает как скрытое движение. Рассматривая многочисленные случаи превращения движений на ряде конкретных физических примеров, он приходит к выводу, что «мы 141 безусловно должньс отрицать вещественность теплоты и электричестваз и что вообще «не существует никаких нематериальных материал. Майер впервые в истории науки намечает и термодинамический подход к изучению явлений, протекающих в органическом мире. Рассматривая физико-химические превращения в процессе жизнедеятельности организма, Майер убедительно показывает несостоятельность теорий виталистов Либиха, Рейха и др. Он решительно восстает против антинаучных концепций и считает, что источником механических и тепловых эффектов в живом организме является не жизненная сила, а те химические процессы, которые протекают в нем в результате поглощения кислорода и пищи.
Таким образом, Майер подходит к жизнедеятельности растений и животных с позиций материалиста, рассматривая ее с точки зрения смены форм энергии. ф 13. Экспериментальное определение механического эквивалента теплоты Джоулем Начиная с 1841 г. Джоуль занимается выяснением вопроса: является ли теплота, выделяемая током в проводнике, только перенесенной теплотой химических процессов,протекающихвбатарее, или же она возникает по другой причине? Для ответа на этот вопрос Джоуль проделал следующий опыт: в стеклянный закрытый сосуд с водой, игравший роль калориметра, помещался небольшой электромагнит, концы обмотки которого выводились наружу и присоединялись к чувствительному измерительному прибору.
Устройство приводилось в движение между полюсами сильного электромагнита, питавшегося от батареи. При вращении электромагнита в сосуде с водой попеременно каждые четверть часа об- Джоуль Джемс Прескотт (!8!8 †)889) Английский физик. Родился в Сальфорде, близ Манчестера. Не являясь профессиональным ученым, тем не менее увлекся наукой и достиг значительных результатов в зкспериментальной физике. С !850 г. член Лондонского Королевского общества. Один из основоположников термодинамики в той ее части, которая связана с зкспериментальным обоснованием первого начала термодинамики.
Важное значение имели также труды по молекулярно-кинетической теории газов на ранней стадии ее развития. )42 мотка неподвижного электромагнита была замкнута, а следующие четверть часа разомкнута. В первом случае тепло выделялось индуцированным током, а вр втором случае — вследствие трения. Это последнее вычиталось из первого и таким образом определялось действительное количество теплоты, выделенное индуцированным током. Анализируя результаты опытов, Джоуль пришел к выводу, что количество теплоты, выделяемое током в проводнике, пропорционально квадрату силы тока.
Этот результат сразу же доказывал несостоятельность предположения о переносе тепла электрическим током. Так как в данном случае ток возникал вследствие механического движения, то отсюда Джоуль сделал вывод, что теплота может создаваться механической силой. При таком ходе мыслей у Джоуля, естественно, возник вопрос о том, в каком отношении находятся затраченная механическая работа и количество выделенного тепла. Для его решения он заменяет вращение электромагнита рукой вращением с помощью падающего груза. Зная вес груза и расстояние, пройденное им при падении, Джоуль приходит к выводу; «Количестео тепла, которое е состоянии нагреть 1 фунт воды на 1', может бьжь прекращено е механическую силу, которая е состоянии поднять 838 фунтов на вертикальную еысоту В 1 фут» [73, 8.
14]. Это соответствует в общепринятой системе единиц 460 кгс м/ккал. Свои результаты Джоуль изложил в работе «О тепловом эффекте магнитоэлектричества и механическом значении тепла», доложенной на физико-математической секции Британской ассоциации в августе 1843 г. Интересно отметить, что в еше более ранней работе, посвященной исследованию связи между тепловыми и химическими действиями тока (январь 1843 г.), он в весьма осторожной форме замечает, что, по-видимому, «в природе не происходит уничтожения силы, производящей работу, без соответствующего действия»е'. Для проверки предположения о постоянстве отношения А/1г при различных превращениях теплоты и работы Джоуль провел многочисленные опыты, в которых теплота получалась за счет трения. Одна из серий таких опытов состояла в том, чтобы, продавливая воду сквозь узкие трубки, определить затраченную на это продавливание работу и соответствующее количество теплоты, которое образовывалось при трении воды о поверхность трубки.
Таким способом Джоуль получил для механического эквивалента теплоты значение 423 кгс м/ккал. Учитывая многочисленные источники ошибок, Джоуль считал оба значения (460 и 423 кгс м/ккал) совпадающими и, следовательно, считал доказанным положение, что «силы природы неуничтожимы» и что «при всякой затрате силы возникает соответствующее количество теплоты». ьч 1 оп !е 3. Р. Оп 1ье Неа1 ечо!теб Ьу Е!ее!го!уе!е о1 тча)ег (Доложено 24/! 1843). Си. [73, 8. 41 — 55]. 143 Несмотря на то что эти первые работы Джоуля не встретили всеобщего понимания и признания в ученом мире, он, будучи уверенным в правильности своих идей, сосредоточивает теперь все свои усилия на одном вопросе: доказать как можно точнее, что при различных процессах, связанных с превращением теплоты в работу, их отношение всегда остается постоянным, и с максимальной точностью определить это отношение. В 1845 г.
появляется работа «Об изменениях температуры, вызванных разрежением и сгущением воздуха», в которой описывались новые опыты по определению механического эквивалента. Один из опытов состоял в том, что с помощью насоса воздух сжимался до 22 ат и измерялось количество теплоты, образовавшейся при этом сжатии.
Вычислив затем работу, затраченную на сжатие, Рас 21 Схема»пспсрпнспта легко можно было определить Джоуля и механический эквивалент теплоты. Из этого опыта он оказался равным 436 кгс м/икал. Близкое значение Джоуль получил при опыте с расширением воздуха (438 кгс м/икал). Из хорошего совпадения обоих значений он делает вывод, что «образование теплоты есть не что иное, как другая форма проявления механической силы, применяемой для сжатия воздуха» [73, 8.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
