Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики (1185114), страница 38
Текст из файла (страница 38)
75[, В течение 1847 †!850 гг. Джоуль непрерывно совершенствует методику определения механического эквивалента теплоты, получая для него из различных опытов значения 450, 455, 447 кгс м/ккал и др. В качестве наиболее вероятного значения он принимает число 438 кгс м/икал. Особый интерес представляет работа 1850 г., в которой были подытожены и проанализированы результаты предыдущих работ, а также описан классический эксперимент по определению механического эквивалента теплоты, который вошел в настоящее время во все учебники физики.
Схема этого эксперимента изображена на рис. 21. Все работы Джоуля по определению механического эквивалента теплоты были собраны в книге «Механический эквивалент теплоты», опубликованной в 1872 г. [73[. Полностью физические сочинения замечательного английского экспериментатора опубликованы в двухтомном издании в 1884 — 1887 гг." Хотя основные усилия Джоуля были направлены на экспериментальное обоснование принципа эквивалентности, в его поле зрения находились также и теоретические вопросы, связанные как с природой теплоты, так и с общей идеей сохранения «силы». " Сил Лап!е Л. Тва 8с!еп!!Пс Рарега. $.опвоп, 1884, ч. 1; 1887, ч. П. 144 Почти в каждой его работе мы находим теоретические замечания или соображения по этому поводу.
Так, еще в августовской работе 1848 г. помимо описанного выше эксперимента изложены и некоторые теоретические соображения, свидетельствующие о том, что в это время Джоуль уже владел общей идеей закона сохранения энергии. Говоря о природе теплоты, он считает ее родом колебательного движения частиц тела.
Он убежден в том, что «могучие силы природы, созданные велением творца, неразруигимы и что во всех случаях, когда затрачивается механическая сила, получается точно эквивалентное количество тепла» [73, 5. 38). Независимо от Майера он правильно рассматривал животную теплоту как результат химических процессов, протекающих в организме, и распространял принцип эквивалентности на явления органического мира. Таким образом, уже в это время у Джоуля сложился тот круг идей, которые он в дальнейшем развивал и защищал.
Эти идеи, как в части экспериментальной, так и теоретической, были близки идеям Майера, но английский ученый пришел к ним совершенно самостоятельно. Одним из драматических моментов истории открытия механического эквивалента теплоты явился спор о приоритете между Майером и Джоулем, формальным поводом к которому послужило то обстоятельство, что Майер в своем сочинении «Органическое движение в связи с обменом веществ» не упомянул имени Джоуля. В конечном итоге спор о приоритете вылился в травлю Майера, которая привела его к попытке кончить жизнь самоубийством» зв. Глубоко сущность открытия Майера понял Энгельс. Именно он указал на то действительно новое, что им было внесено в физику.
Этим новым было учение о качественном сохранении «сил». «Количественное постоянство движения было высказано уже Декартом,— писал он,— и почти в тех же выражениях, что и теперь... Зато превращение формьс движения открыто только в 1842 г., и это, а не закон количественного постоянства, есть новое» [1, с. 245~. Сопоставляя работы Майера и Джоуля, мы видим, что подход к открытию принципа эквивалентности у них был различный: онн шли к одной и той же цели разными путями. В то время как Майер доказывал и всесторонне обосновывал принципиальную возможность количественного и качественного сохранения «сил», используя для этого все известные ему из естествознания факты, Джоуль самым тщательным образом доказывал справедливость принципа для двух «сил» вЂ” теплоты и механической работы.
Убедившись в постоянстве их отношения, он считал, что этот принцип автоматически распространяется и на другие «силы», Поэтому ы Подробности об этом споре см. [1О]. 1О я и. Гьльфео 143 .Майер пришел к своему открытию как теоретик, а Джоуль — как экспериментатор, которого больше интересовала опытная сторона принципа, нежели его философское обоснование. Поэтому спор о приоритете.
с современной точки зрения не имеет никакого принципиального значения, поскольку каждый из названных ученых внес свою долю в великое открытие. ф 14. Принцип эквивалентности у Гельмгольца Кроме Р. Майера и Д. Джоуля в разработке принципа эквивалентности и в его обобщении принимали участие и другие физики, среди которых первое место безусловно принадлежит Г.
Гельмгольцу. К этому принципу Гельмгольц шел своим особым путем: через отрицание учения виталистов о жизненной силе. Связав этот вопрос с невозможностью вечного двигателя, великий немецкий естествоиспытатель сформулировал закон сохранения «сил» как всеобщий закон природы. В 1847 г. 26-летний Гельмгольц выступил в незадолго перед тем организованном Физическом обществе в Берлине с докладом на тему «О сохранении силы», в котором он проанализировал большое число физических явлений с точки зрения принципа эквивалентности и показал, что важнейшие закономерности их протекания могут быть получены на основе «закона сохранения силы».
Основную задачу и цель исследования он выразил в следующих словах: «Мы исходим из докущенин, что невозможно при существовании любой произвольной комбинации тея природы получить непрерывно из ничего движущую силу... Задачей настоящего сочинения является проведение указанного принципа совершенно тем же способом через есе отделы физики отчасти дяя того, чтобы доказать применшеость его во всех тех случаях, где законы явлений Гельмгольц Герман Людвиг фердинанд (1821 †18) Немецкий ученый физик, физиолог, врач. Родился в Потсдаме. Образование получил в Берлинском военно-медицинском институте.
С 1843 г. военный врач, а затем профессор физиологии и физики ряда германских университетов. С 1888 г. директор Берлинского физико-технического института. Б историю термодинамики вошел как один из основоположников закона сохранения энергии. Разработал термодинамическую теорию химических процессов, ввел понятие свободной энергии, рассмотрел механические анапа гни в термодинамике. 146 у»се достаточно изучены, частью с помощью этого принципа, опираясь на различные аналогии более известных явлений, сделать дальнейшие заключения о законах еще не вполне изученныи явлений и дать, таким образом, в руки экспериментатора путеводную нить> ".
Гельмгольц обобщает принцип сохранения сил, введя понятие о «силах напряжения», понимая под этим потенциальную энергию. «Силы» у Гельмгольца выступают в лейбницевском духе, т. е. как энергия. Обобщение им принципа сохранения «живой силы» состояло в том, что доказывается неизменность суммы сил напряжения и живых сил в замкнутых системах. Такая формулировка закона позволяет Гельмгольцу распространить его на немеханические явления, так как если «живая сила» проявляет себя только в движении тел или отдельных молекул, то «сила напряжения>— в упругих, химических, электрических и других явлениях.
Сформулировав принцип сохранения «суммы живых и напряженных сил», Гельмгольц сделал важный шаг по пути создания единой физической картины мира. Далее общий принцип применяется к анализу конкретных физических явлений, что позволяет ему установить закон протекания данного явления. Классическим примером такого рода применения «закона сохранения силы» можно считать анализ Гельмгольцем явления электромагнитной индукции и вывод э. д.
с. индукции. Этот вывод вошел позже во все учебники физики. Большая часть доклада Гельмгольца посвящена анализу возможности применения «принципа сохранения силы» к живой материи. Таково в общих чертах содержание классической работы Гельмгольца, которая, по словам Планка, «останется навсегда одним из замечательнейших и поучительнейших памятников в истории развития принципа сохранения силос> ав. Не все современники Гельмгольца отнеслись к этой работе с должным пониманием. Глубокие идеи, высказанные здесь, требовавшие, по сути дела, пересмотра всего физического мировоззрения середины Х1Х в., не были поняты.
Некоторые из современников вообще утверждали, что в этой работе нет ничего принципиально нового, а лишь новые факты подведены под известную старую идею. Только тогда, когда закон сохранения и превращения энергии занял прочное место в физической картине мира, стало ясно все значение небольшой статьи Гельмгольца. Максвелл писал позже по этому поводу: «Чтобы оценить все научное значение небольшой гельмгольцевой статьи об этом предмете, стоило бы только спросить тех, кому мы обязаны величайшими открытиями в термодинамике и в других отраслях современной физики; сколько раз они перечитывали эту статью и как часто при своих изысканиях чувствовали непреодолимую силу веских полоясений Гельмгольца>'ь.
и р б т ц р ь ь " Г Г. ь р . М.— Л«193ц . З — 39. " П л а н к М. Принцип сохранения энергии. М., 1938, с. 55. " М а к е в е л л Д ж. Статьи и речи. М., 1940, с. 179. 1О* 147 гический изъян, на который обратил внимание Ф. Энгельс. В работе сделан упор лишь на количественную сторону вопроса, а не менее важная качественная сторона осталась в стороне. Энгельс отмечал, что в законе сохранения энергии качественная сторона не менее важна, чем количественная. Именно поэтому Энгельс предложил заменить название «закон сохранения силы» выражением «закон сохранения и превращения энергии». Как будет показано дальше, именно игнорирование качественной стороны закона сохранения энергии привело основоположников термодинамики Р.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
