Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики (1185114), страница 54
Текст из файла (страница 54)
Эта теория развивалась ими и в дальнейшем. Термодинамическая теория термоэлектричества в течение второй половины Х(Х в. привлекала внимание многих крупных физиков: Лоренца, Больцмана, Планка и др. В 1853 г. Клаузиус опубликовал работу «Применение механической теории тепла к термоэлектрическим явлениям», в которой рассматривал термоэлемент как своеобразную тепловую машину. Применив к этому случаю теорему Карно, Клаузиус нашел выражение для э.д.с. термоэлемента, К аналогичному соотношению несколько раньше пришел и В. Томсон.
Не останавливаясь на достоинствах и недостатках этой работы, отметим только, что она имела большой резонанс среди физиков и повлекла серию других работ, в которых теория Клаузиуса уточнялась и дополнялась. Тэт возражал против рассмотрения термопары как тепловой машины, у которой роль нагревателя играет горячий, а холодильника — холодный спей". Пусть, говорил он, имеется термобатарея, у которой места спаев поддерживаются при 0'С (лед) и 100 'С (кипящая вода). Возникающим при этом током можно нагреть тонкую проволоку до плавления, т.
е. до температуры значительно выше 100'С. Таким образом, заключает Тэт, возможно появление разности температур без компенсирующего процесса. " Смг Та ! ! Р. РЫ!оеорЫса! Мака«!ое (4), !872, !Ч 43, р. 338. 20! Внимательный анализ всех возражений (мы привели лишь некоторые из них) показал, что их авторы либо вообще не поняли идей Клаузиуса, либо не замечали компенсирующего процесса. Отстояв свою тепловую аксиому от нападок многочисленных оппонентов, доказав несостоятельность их опровержений, Клаузиус отмечал: еЭти возражения не только не опровергли новый закон, но, наоборот, лишний раз подтвердили его справедливостье [70, Вй. 1, Б.
338]. В «Механической теории теплоты», подводя итог дискуссий, он писал: еМои труды по л~еханической теории тепла встретили многочисленные возражения, и, пожалуй, цвлесообраэно поэтому сообщить некоторые результаты проведенных дискуссий, с тем чтобы не могло возникнуть сомнений, мешающих повышению наших зн ний в этой области» [70, Вй. 1, Б. 354]. Говоря о своей тепловой аксиоме, он подчеркивает: «Это предложение, вььставленное мною в качестве принципа, встретило много возражений, и мне пришлось его неоднократно защищать, причем всегда удавалось доказать, что возражения проистекали из того, что явленить в которык усматривался некомпенсироеанный переход от более холодного тела к более горячему, неправильно понималисье [70, Вб.
1, Б. 377]. Важно заметить, что появление многочисленных возражений против второго начала, основанных на рассмотрении различных физических процессов (электрических, диффузии, взаимосвязи теплоты и механической работы и др.), определенно говорило о том, что открытый Клаузиусом закон является общим принципом, имеющим отношение практически ко всей физике. Его общность и эвристическая ценность уже в это время были поняты многими исследователями, несмотря на то что в самом законе оставалось еще много неясного. В. А. Михельсон говорил в одном из своих докладов: еЖиво вспоминается мне первое после смерти Клаузиуса заседание Берлинского физического общества в 1889 году, на котором мне пришлось присутствовать в качестве гостя. В речи, посвященной научным заслугам Клаузиуса, Гельмгольц особенно выставил, что почти исключительно Клауэиусу мы обязаны тем, что знаем о втором законе термодинамики, но тут же добавил, что все же мы должны сознаться, что, несмотря на исследования Клауэиуса, мы еще очень далеки от полного понимания второго закопаю При этом и сам Михельсон отмечает, что второе начало является одним из самых трудных для понимания и усвоения законов природы.
Дальнейшее развитие термодинамики выдвинуло ряд научных и методологических проблем, которые требовали своего решения. Одна из них †э проблема «тепловой смерти Вселенной». Кроме того, было неясно: можно ли распространить понятия и законы равновесных процессов на неравновесные (и каким образом), является ли метод Карно — Клаузиуса, основанный на представлении о круговых процессах, единственным для обоснования понятий энтропии и абсолютной температуры, существуют ли еще фундаментальные законы термодинамики, кроме известных двух начал, и др. 202 9 19.
Первые монографии и учебные пособия по термодинамике К концу 70-х годов формирование термодинамики как науки в основном завершилось. Под названием «механическая теория теплоты» она привлекла внимание не только физиков, но и инженеров-теплотехников, не без основания увидевших в этой науке средство решения ряда насущных теплотехнических задач. Необходимо было также систематизировать большой материал, разбросанный в различных немецких, французских и английских периодических изданиях, осмыслить его и изложить с единой точки зрения. Таким образом возник важный вопрос о создании монографий и учебных пособий по этой новой важной области знания, тем более что в ряде ведущих европейских и русских университетов к этому времени уже были организованы соответствующие курсы.
Первоначально это были курсы механической теории теплоты, включавшие круг вопросов, связанных с первым и вторым началами термодинамики и теорией тепловых машин. Однако в дальнейшем содержание курсов постепенно расширялось за счет включения нового материала как теоретического, так и прикладного характера. Изменилось и наименование курса: вместо «механической теории теплоты» он стал называться «курс термодинамики». Одним из наиболее популярных трудов был курс Ранкина «Руководство к паровым машинам», выдержавший множество изданий как в Англии, так и в других странах. В Германии уже в 1860 г.
появился курс Г. Цейнера «Основы механической теории теплоты», в котором большое внимание было уделено термодинамическим свойствам газов и паров. Курс этот вскоре был переведен на русский язык [61~. Трехтомную работу Р. Клаузиуса «Механическая теория теплоты» 170~, написанную на основе его важнейших исследований по термодинамике, можно рассматривать как один из первых трудов по физическим основам этой науки. Среди работ, написанных немецкими учеными, весьма заметным явлением в европейской термодинамической литературе была книга теоретика К. Неймана «Лекции по механической теории теплоты» 176~ (1875), в которой анализировалась математическая сторона термодинамических соотношений.
Первый систематический курс механической теории теплоты начал читать в Сорбонне профессор Вердэ. Свои лекции он обработал н выпустил в Париже в 1865 г. В его книге упор делался на физическую, а не на прикладную сторону термодинамики. В 80— 90-х годах Х1Х в.
курсы термодинамики как часть общей теории теплоты уже читались и в других университетах, причем читали их выдающиеся физики — Г. Кирхгоф в Берлинском университете, А. Пуанкаре и П. Дюгем в Сорбонне, А. Г. Столетов в Московском университете и др. Следует также указать на замечательную книгу М. Планка «Термодинамика», по которой училось не одно поколение физиков. В России уже в 70-х годах, а затем и несколько позже склады- 203 вается замечательная школа инженеров и физиков, которые не только пропагандируют новую науку в своих лекциях, но и всесторонне развивают ее. Особенно выдающуюся роль сыграли М. В.
Остроградский, И. А. Вышнеградский, М. Ф. Окатов, И. П. Алымов, А. Г. Столетов, О. Д. Хвольсон, Н. Н. Шиллер. К этому времени курсы термодинамики читались уже во всех ведущих университетах России: Московском, Петербургском, Киевском, Харьковском и др. Интересно отметить, что именно в курсе профессора Петербургского университета М. Ф. Окатова, названного им «Термостатика, первая часть механической теории теплоты» [40], впервые дано совместное изложение молекулярно- кинетической и феноменологической теории теплоты. Здесь же Окатов впервые рассматривает абсолютную температуру как интегрирующий делитель элемента теплоты.
Таким образом, труд Окатова можно рассматривать как оригинальное произведение. Г Л А В А 7Ш. РАЗВИТИЕ И ОБОБЩЕНИЕ ПРИНЦИПОВ ТЕРМОДИНАМИКИ В ХХ В. В начале ХХ в. некоторые физики решили обосновать термодинамику на принципах аксиоматики, подобно геометрии. Рассмотрим истоки и развитие этого направления. 5 20. Логическое развитие второго начала термодинамики Общие замечания Прежде всего ответим на вопрос: какова цель аксиоматики в физике вообще и в термодинамике в частности? Это прежде всего выяснение логической структуры физической теории, анализ ее исходных посылок, выявление исходных принципов, из которых однозначно вытекали бы основные понятия и законы данной теории.
Аксиоматика также ставит перед собой цель выяснить логические связи между данной теорией и родственными ей физическими концепциями. Отсюда и задача аксиоматики термодинамики: дать логический анализ, а также выявить логическую структуру термодинамических понятий и законов, выявить такие основные принципы, на которых можно было бы построить логически непротиворечивую термодинамическую теорию.
Аксиоматика термодинамики должна исследовать «существующие термодинамические теории, факты и мысленные эксперименты, с которыми последние связаны» аз. Исторически сложившимся путем развития термодинамики был путь эмпирический. В работах Карно, Клаузиуса и В. Томсона второе начало было сформулировано как обобщение опытного "Франкфурт У.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
