Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики (1185114), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Если среди европейских физиков теория тепло- рода получила почти всеобщее распространение уже к 30-м годам ХЧ1П в., по-видимому, не без влияния идей и трудов Х. Вольфа, оттеснив корпускулярную теорию на задний план, то среди первых русских физиков этот процесс завершился гораздо позже. Первые петербургские академики привезли с собой в Россию широко распространенные в первой четверти ХЧП1 в. идеи Бойля, Гука и других ученых, последователей корпускулярной гипотезы, и пропагандировали их в своих печатных трудах.
Так, упоминавшийся выше, академик Крафт писал: «Теплота и жар, по мнению всех естествословцев, состоит в нарочито скором и смешанном движении малейших частиц между собою, которое чем скорее бывает, тел~ больший градус жара производит. Ежели же сие внутреннее движение начнет умиляться, что рождается стужа, которая тогда в самый большой градус приходит, когда сие двиясение совершенно перестанет и тончайшие частицьс между собою в покой приведены будут» [28, с. 161.
В таком же духе выдержана «Гидродинамика» Д. Бернулли, о которой речь будет впереди, написанная в Петербурге в период 1729 — 1732 гг. Однако всеобщее увлечение теорией теплорода не могло не сказаться и на взглядах физиков, работавших в Петербургской Академии наук. В конце 30-х — начале 40-х годов теория тепло- рода начинает постепенно завоевывать место на страницах трудов русских ученых. Начало научного творчества Рихмана в области тепловых явлений приходится именно на этот период; естественно, что первые его статьи на эту тему трактуют теплоту с позиций теории теплорода. Рихман уверен, что эта теория полностью соответствует всем его опытам и наблюдениям.
Между тем глубокое проникновение в существо тепловых явлений, а также экспериментальные факты привели к тому, что в последние годы своей жизни Рихман вынужден был пересмотреть свои взгляды на,природу теплоты. Отход от теории теплорода у Рихмана наметился между!751 и 1752 гг. Эта эволюция взглядов была вызвана двумя причинами. Первая из них связана с его собственными исследованиями. К этому времени у него накопились некоторые наблюдения, которые не поддавались объяснению в рамках теории теплорода. В частности, сомнения возникли у него после одного из опытов по нагреву тел, когда им было открыто явление стационарной 28 теплопроводности.
Исследуя процесс нагрева тел, он обнаружил, что если металл нагревается таким образом, что часть его поверхности находится в воздухе, то нагреть его до температуры окружающей среды невозможно, поскольку происходит непрерывный теплообмен между поверхностью и воздухом. Сущность явления состояла в том, что между частью металла, находящегося в кипящей воде, н той его частью, которая выступала из воды, устанавливался постоянный температурный перепад и, следовательно, возникал постоянный тепловой поток от более нагретой к менее нагретой (выступавшей) части металла.
Это обстоятельство и приводило к тому, что температура металла оказывалась ниже температуры воды. Попытки Рихмана объяснить наблюдаемое явление с точки зрения теории теплорода не увенчались успехом. Вторая причина отхода Рихмана от вещественной теории теплоты была связана с влиянием на его мировоззрение физических идей Ломоносова. Ломоносов одним из первых подробно развил корпускулярную гипотезу и успешно противопоставлял ее теории теплорода.
Именно благодаря Ломоносову последняя не пустила в русскую науку столь мощных корней, как это произошло на Западе[28]. Как известно, Рихман и Ломоносов были связаны между собой узами тесной дружбы и постоянно находились в курсе научных исследований друг друга. Ломоносов вел упорную борьбу против теории теплорода. Ему удалось на основе молекулярно-кинетических представлений объяснить многие тепловые явления, в том числе и стационарную теплопроводность. Это обстоятельство, безусловно, сыграло свою роль в признании Рихманом корпускулярной гипотезы теплоты. Исследования Блэка. Открытие скрытой теплоты плавления и кипения Если в первой половине ХЧП1 в. основные калориметрические понятия еще только намечались, то во второй половине века их формирование, по существу, уже закончилось.
К 80-м годам ХИ1! в. физики уже достаточно четко различали понятия «количество теплоты» и «температура тела», имели представление об удельной теплоемкости тел. Прогресс в этом вопросе впервую очередь связан с именем Дж. Блэка. Блэк был профессором химии сначала в Глазго, а затем в Эдинбурге. Начиная с 60-х годов ХЧ1П в. он провел большое количество оригинальных исследований в области тепловых явлений, о которых рассказывал в своих университетских лекциях в Эдинбурге, где он стал преемником Куллена на кафедре химии.
Этн лекции читались им систематически с 1766 г. Идеи Блэка стали известны среди ученых только в конце 70-х годов и вскоре получили признание. Это выразилось, в частности, в избрании его членом академий Эдинбурга, Парижа и С.-Петер- 29 бурга. Сравнительно поздняя известность исследований Блэка связана с тем, что сам он свои лекции не опубликовывал. Они были опубликованы посмертно в 1803 г. его учеником, профессором естественной истории в Эдинбурге Д.
Робайсоном, который снабдил свое издание обстоятельными комментариями (И!. Этот фундаментальный труд явился для своего времени замечательным произведением, содержащим ряд прогрессивных идей и большое количество новых сведений, значительно развивших химические и физические воззрения второй половины Х1Т111 — начала Х1Х вв. Значительная часть первого тома посвящена вопросу о природе теплоты и объяснению различных тепловых явлений.
Здесь Блэк рассматривает такие действия теплоты, как тепловое расширение, теплопроводность, парообразование и замерзание, подробно исследует вопросы термометрии. Опыты и наблюдения, которые привели к открытию скрытой теплоты (!а(еп( Ьеа!) плавления и кипения, составляют особую заслугу Блэка перед наукой. Блэк был одним из первых ученых, четко разграннчивших понятия температуры и количества теплоты. Рассматривая подробно историю изобретения термометра, а также те достижения в области тепловых явлений, которые были получены благодаря применению этого прибора, Блэк говорил в одной иа своих лекций: «Благодаря применению этих инструментов (термометров.— Я. Г.) мы узнали, что если взять тысячу или более различных видов веществ, таких, как, например, металлы, камни, соли, дерево, перья, шерсть, вода и многообразие других жидкостей, причем все они будут вначале различной теп«оты, а затем поместить их вместе в одну и ту же комнату без огня и солнечного света, то теплота будет передаваться от более горячего из этих тел к более холодному, быть может, в течение нескольких часов или в течение дня, а э конце этого времени последовательно ко всем телам приложить термометр, то он покажет точно одну и ту же степень нагретости.
Теплота, следовательно, распределяется .между ними случайно до тех пор, пока одно из этих тел не потребует больше теплоты, чем какое-либо другое» 164, р. 771. Та же мысль в другом месте получает еще более отчетливое выражение. Рассматривая представление своих предшественников Блэк ДжозеФ (1728 †17) Родился около Бордо (Франции) в шотландской семье. Образование получил и Эдинбургском университете (специальность — химия). С 1756 г. профессор химии в Глазго, с 1766 г, — в Эдинбурге. Почетный член Петербургской академии наук (с 1788 г.). Основные работы — в области химии и калориметрии.
Открыл скрытую теплоту плавления и парообразования. о теплоте, Блэк отмечает ту путаницу, которая имела место среди ученых в понятиях температуры и количества теплоты: «Л-р Бургаве вообразил, что если достигнуто тепловое равновесие, то имеются равные количества теплоты в каждом равноизмеренном пространстве, заполненном различными телами. Такого же мнения придерживался и профессор Мушенбрек... Свою точку зрения они обосновали тем, что термометр, приложенный ко всем телалс, находящимся в тепловом равновесии, показывает одну и ту же температуру». Однако это поспешный вывод, заключает Блэк, так как <если держаться противоположного мнения, то это означает, что смешиваются количества теплоты в различных телах с общей силой или интенсивностью, хотя ясно, что это не одинаковые вещи, которьче следует различать, когда мы рассуждаем о распределении теплоты».
Помимо четкого указания на то, что температура и количество теплоты суть разные вещи, в приведенном отрывке из лекции Блэка обращает на себя внимание и то, что английский ученый понимает другой важный факт: если различные тела имеют одинаковую температуру, то это вовсе не означает, что они содержат н одинаковые количества теплоты. Здесь уже содержится идея теплоемкости как тепловой характеристики различных тел.
Именно с этой точки зрения подходит Блэк к объяснени!о результатов экспериментов Тейлора, Мартина, Бургаве, Фаренгейта и Рихмана. Он полагает, что каждое тело имеет «свою определенную емкость по отношению к теплоте» и что именноэтообстоятельство следует прежде всего иметь в виду при изучении распределения теплоты. «раньше существовало мнение,— говорит Блэк,— что количество теплоты, необходимое для увеличения температуры различных тел на одно и то же число градусов, прямо пропорционально количеству вещества в телах; повтому предполагалось, что при равных объемак тел количества теплоты в них пропорциональньь плотностям.
Но очень скоро после того, как я начал размышлять над этим вопросом (!750), я показал, что это мнение является ошибочньич и что количества теплоты, которые различные тела должны получить для повышения их температур на равное число градусов, совсем не пропорциональны количеству вещества в каждом теле» !64, р. 52!. Рассматривая конкретно опыты Фаренгейта и Бургаве, Блэк с помощью числового расчета показывает, что «одно и то же количество теплоты производит больший эффект при нагревании ртути, чем при нагревании равного объема воды. Лоэтому льеньшее количество теплоты достаточно для повышения температуры ртути на то же количество градусов...
Ртуть поэтому имеет меньшую емкость для теплоты (если мне позволено применить это выражение) по сравнению с водой» !64, р. 52). Точно так же обстоит дело, согласно Блэку, и в опытах Мартина — Рихмана: <Мы должны только предполоясить, что равные количества теплоты сообщаются обеим жидкостям, но так как для нагревания ртути необходимо меньшее количество теплоты, чем для нагревания воды, то ртуть по необчодимости будет нагреваться быстрее воды...» !64, р.
52). 3! Для того чтобы можно было сравнивать между собой различные количества теплоты, необходимо было ввести единицу для его измерения. В качестве такой единицы современник Блэка Ричард Кирван предложил то ее количество, которое нагревает единицу массы воды на один градус. Иными словами, Кирван предложил приравнять удельную теплоемкость воды единице. Это предложение, как известно, осталось в силе до настоящего времени. Наименование для единицы количества теплоты к а л о р и я было введено значительно позже, в 1852 г., по предложению Фавра и Зильбер- мана 'з.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
