Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики (1185114), страница 6
Текст из файла (страница 6)
По данным Крафта, у= 11, 5=8. Идея исследования, о котором Крафт говорил на Конференции Петербургской Академии наук, вообще говоря, не была новой. Проблема распределения «теплоты» в телах возникла еще в ХЧ! в в связи с конструированием термометров. Ренальдини пытался решить ее в своих опытах, смешивая горячую и холодную воду в различных пропорциях и определяя термоскопом <теплоту» полученной смеси. Однако общей зависимости ему установить не удалось Крафт, хотя и дал общую зависимость между <теплотой» смеси и «теплотами смешиваемых жидкостей», тем не менее обесценил свой результат тем, что коэффициенты у и б полагал всегда одинаковыми независимо от рода смешиваемых жидкостей.
Обстоятельно анализируя формулу Крафта, Рихман отмечает ее ограниченность: 1) она выведена только для двух жидкостей; 2) масса сосуда не учитывалась; 3) брались малые массы жидкости, благодари чему происходило быстрое охлаждение. "Смп бег!а аз Е. СЬег Агпоп!оп'а ппг! ЕагпЬегка Нега!епа!е шп д!е ТЬеггооте!г!е.
28 Ьаг 1па!гшпеп!Ьппзе, 1888, Вд. 8, 8. 319. 24 Проведя значительное число экспериментов, Рихман обобщает формулу Крафта на случай любого числа смешиваемых жидкостей, «по которой можно было определить градус теплоты при смеигивании 3, 4, 5 и т. д. масс одной и той же жидкости, имеллцих разные градусы теплоты» [51, с. 121.
Формула Рихмана имеет вид теплота смеси — + + + и+ а+э+с+й+ и т. д. где т, и, о, р, ...— «теплоты масс а, Ь, с, й, ли Это известная теперь каждому школьнику калориметрическая формула смешения, имеющая в современных обозначениях вид сгт,!»+сета!а+ ... +с„т„г„ гатт+санга+ ... +с т Формула Рихмана явилась первым общим уравнением, с помощью которого уже в ХЧП1 в. можно было производить количественные калориметрические расчеты. Это обстоятельство сыграло большую роль в открытии теплоты плавления и теплоемкости тел. Свою формулу Рихман проверил многочисленными экспериментами н пришел к заключению, что она дает результат несколько ниже получаемого непосредственным измерением температуры смеси.
В этом факте он увидел одно из доказательств правильности полученного соотношения. Результат расчета и не мог быть иным, так как не учитывались тепловые потери сосуда. Так перед Рихманом возникла новая задача — найти закон охлаждения нагретых тел, который дал бы возможность вычислить тепловые потери в калориметрических расчетах.
Исследования в этой области составили второй, уже теплофизический цикл работ русского физика. В решении указанной задачи у Рихмана был предшественник— Рихман Георг Вильгельм (1711 †!733) Выдающийся русский физик. Родился в Пярну (Эстония). Учился в университетах Галле и Иене (Германия). С 1733 г. студент Академического университета в Петербурге. С !741 г. профессор. С !744 г. руководитель физической лаборатории Академии наук. Работы Рихмана в области калорнметрии и теории теплообмена подготовили почву для формирования правильных представлений о понятиях «количество теплоты» и «температура» Ньютон. В упоминавшейся выше небольшой работе «Шкала степеней теплоты и холода> перед великим физиком в связи с исследованием расширения термометрической жидкости также возникла необходимость найти закон охлаждения нагретых тел.
Этот закон, согласно Ньютону, гласит: «Теплота, которую нагретое железо сообщает в заданное время смежным спим холодным телам, т. е. теплота, которую железо утрачивает в продолжение заданного времени, пропорциональна всей теплоте железа; поэтому если времена охлаждения принимать равньчми, то теплоты будут в геометрической прогрессии и могут легко быть найдены по таблице логарифмов» 124, с. 523]. Ньютон, так же как и все его современники, не делает различия между понятиями «температура» и «количество теплоты». Латинское слово «са1ог» во всех физических сочинениях применялось в двух смыслах: в смысле, «количество теплоты» и в смысле «температура» наряду с «дгабпз са1оПз» «градусы теплоты» и «1ешреНез» вЂ” температура, показываемая термометром.
Поэтому закон охлаждения Ньютона всовременной формулировке говорит, что теплота, тгряемая нагретым телом в продолжение заданного времени, пропорциональна температуре тела (полагая температуру холодного тела в общем случае окружающей среды равной нулю). Используя этот закон, Ньютон и составил свою шкалу «степеней тепла и холода». По этому поводу он пишет: «Таблица была составлена при помощи термометра и раскаленного железа. Термометром я нашел все теплоты до теплоты плавящегося олова, раскаленным железом — меры всех остальных» ]24, с. 523].
Вот как он сам описывает свои эксперименты: «Чтобы определить все остальное, я раскалил докрасна достаточно толстый чугун и, вынув его клещами еще раскаленньив из огня, поместил тотчас асе в холодное место, где постоянно продувал ветер. В зтот чугун я клал кусочки различных металлов и других плавящихся тел и замечал время, пока при охлаждении чугуна зти кусочки, утратив совершенно зсидкий вид, отвердевали, а также время, по истечении которого теплота чугуна становилась одинаковой с теплотой человеческого тела. Положив затем, что избытки теплоты (темпервтуры.— Я.
Гд чугуна и затвердевающих кусочков над теплотою воздуха, даваемой термометром, составляют геометрическую прогрессию, когда времена составляют прогрессию арифметическую, я определил все теплотыл [24, с. 5231. Свои исследования процесса охлаждения тел Рихман проводил независимо от Ньютона. При этом в отличие от последнего он рассмотрел проблему значительно шире, полагая, что процесс тепло- обмена между телами представляет сложный комплекс явлений, зависящий как от разности температур между поверхностью нагретого тела и среды, так и от геометрических факторов — величины поверхности и объема тела.
Учитывал Рихман также и изменение температуры среды. Исследования Рихмана по теплообмену получили широкую известность среди западноевропейских физиков, которые тщательно изучали их. Теплофизические методы исследования, использованные русским ученым в своих опытах, были признаны 26 весьма перспективными. И действительно, ряд физиков, используя как закон Рихмана, так и его метод научного исследования теплофизических явлений, вскоре обогатили науку новыми открытиями.
Ссылки на работы Рихмана можно найти во многих серьезных исследованиях европейских ученых ХЧП1 — начала Х1Х вв. Так, известный английский физико-химик Дж. Блэк в своих лекциях писал, что мысль Ньютона о том, что теряемое нагретым телом количество теплоты пропорционально избытку температуры этого тела над окружающей средой, «нашла себе поддержку и проверку в опытах талантливого профессора Рихмана, проведенных им в самых разнообразных условиях» !64, р. 87). Высоко оценивали исследования Рихмана крупнейшие французские физики Дюлонг и Пти, которые ссылаются на них в своей работе «Об измерении температур и о законах передачи теплоты» 'т. Проведя большое количество исследований тепловых явлений, Рихман не мог не почувствовать, что количественная оценка теплоты таит в себе некоторую неопределенность.
Об этих сомнениях мы читаем в письмах к математику Кюну. Так, в одном из них он пишет: «Хотя теплоты жидких тел и пропорции теплоты одного жидкого тела к другому определить нельзя, однако ж можно определить, сколько разности теплоты у одного жидкого тела против другого» 151, с.
5181. В другом письме к тому же Кюну он писал по поводу своей калориметрической формулы: «Эта 4юрмула, по моему мнению, никогда не могла находиться в согласии с опытом, произведенным при помощи термометров, если бы посредством термометров не раскрывалось истинное соотношение между разностями температур» 151, с. 5541. Таким образом, Рихман интуитивно чувствует необходимость существования двух мер теплоты — меры, характеризующей «градус теплоты» !температуры) и показывающей степень нагрева тела, и меры количества теплоты, непосредственно содержащейся в теле при данной степени нагрева. В первой половине ХЧП1 в.
единодушным было мнение, что теплота в телах распределяется равномерно как по объему его, так и по массе. Как следует из письма Рихмана к Кюну от 18 апреля 1749 г., он не разделял этой точки зрения. «Распределение теплоты вовсе не происходит везде одинаково... Приращения теплоты... по-видимому, оказываются обратно пропорциональны объемам» 151, с. 512 — 513). В 1780 г. Рихман специально исследовал вопрос о сравнительной скорости охлаждения ртути и воды, а также провел серию экспериментов по охлаждению и нагреву твердых тел. При этом он нашел, что время, необходимое для нагревания или охлаждения тел одинакового объема при одних и тех же условиях, оказывается почти пропорциональным «емкости тел к поглощению теп- 'т Аппа!ез бе сЫпне е1 бе р'ауз1цие, 1817, ч. Ч11, р.
229. 27 лоты». Таким образом, мы видим, что Рихман довольно близко подошел к понятию объемной теплоемкости. Более того, путем сравнения скоростей охлаждения различных тел он производит классификацию наиболее распространенных жидких и твердых тел по их объемной теплоемкости. Ранняя трагическая смерть Рихмана помешала ему сделать еще один шаг вперед и сформулировать понятие теплоемкости. Позже это было сделано Блэком и шведским физиком Ж. Вильке. Взгляды Рихмана на природу теплоты не были последовательными до конца.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
