Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики (1185114), страница 78
Текст из файла (страница 78)
393). Аналогичные затруднения были и в теории теплоемкостей твердых тел н теории теплового излучения. Во всех случаях трудности, как это стало ясно из дальнейшего развития физики, были связаны с законом Максвелла — Больцмана о равномерном распределении энергии по степеням свободы.
Мы видим, таким образом, что классическая теория тепло- емкости Максвелла — Больцмана, исходящая из чисто механических моделей молекул, знаменовавшая собой определенный успех в развитии молекулярно-кинетической теории, столкнулись с та- 288 кими трудностями, которые не могли быть преодолены без радикального пересмотра основ самой теории. С течением времени число таких неразрешимых вопросов постепенно накапливалось, вызывая дискуссии, в которых иногда под сомнение ставились многие из полученных результатов.
Только на основе квантовой теории стало возможным создание полной теории теплоемкостей. Квантовая теория теплоемкостей обобщила классическую теорию, включив ее в себя как предельный случай. Созданная трудами Джоуля, Клаузиуса, Максвелла и Больцмана молекулярно-кинетическая теория теплоты уже применительно к простейшим объектам — газам привела к важным результатам. Она объяснила ряд феноменологических закономерностей, позволила уточнить механизм молекулярного движения, ввела в обиход ряд важных понятий и представлений.
«Возникшая таким образом кинетическая теория газов явилась совершенно революционным актом, достаточные основания которого зиждились, конечно, в механической теории тепготы. Она вырвало по крайней мере одну часть вещества из-под действия старых элементарных сил и свела все изменения и процессы в газах к изменчивым, но вечным самим по себе движениям. Несмотря на это, новая теория вызвала относительно мало принципиальных возражений, напротив, встретила почти всюду благосклонный прием и усердную дальнейшую разработку...
В пользу новой теории газов говорили быстрые успехи, которых она достигла при решении своих ближайших задач, а именно: при определении скорости люлекул, их средней длины пробега и т. д., равно как и согласие ее выводов с данными экспериментальных измеренийэ [53, с. 2091. Кинетическая теория газов явилась не просто продолжением старой корпускулярной теории теплоты, а качественно новой теорией, призванной объяснить феноменологические закономерности учения о теплоте.
Если старая корпускулярная теория теплоты и теория теплорода развивались как две взаимоисключающие концепции, то, по существу, уже в первых исследованиях Клаузиуса намечается синтез (пока лишь в области учения о газах) феноменологических и молекулярно-кинетических представлений. Этот синтез, как мы увидим, вскоре привел к совершенно новым представлениям и в феноменологической теории теплоты— термодинамике, представлениям, имевшим решающее значение в развитии не только теории теплоты, но и всей физики в целом. й 26. Первые обобщающие труды но молекулярно-кинетической теории Если к началу ХХ в. было выпущено достаточно большое число монографий и учебных пособий по термодинамике, то таких работ по молекулярно-кинетической теории было значительно меньше.
Это объясняется главным образом тем, что сама зта теория была еще в значительной степени гипотетической, ее основные положения и результаты не были столь фундаментально обоснованы, как термодинамика, споры и дискуссии относительно основы молеку- Я. М. ГеэьФер 289 лярно-кинетической теории — атомистики были еще в самом разгаре. Вторая причина — трудность изложения самого предмета, его абстрактность, необходимость введения механических моделей. Тем не менее попытки монографического обобщения основных идей молекулярно-кинетической теории были предприняты вскоре после появления трудов Клаузиуса в этой области. Упоминавшиеся выше работы Кренига и Мейера можно отнести к такого рода работам. Они в какой-то мере подытоживали результаты, полученные в начальный период развития кинетической теории, связанный с именами Уотерстона, Джоуля и Герапата, а также авторов упомянутых работ. Сюда, пожалуй, относится и работа самого Клаузиуса «О роде движения, который мы называем теплотой>.
В 1862 г. была опубликована книга венского физика Шубича «Очерки молекулярной физики», в которой содержалось много произвольных допущений и неверных утверждений. Какие вопросы рассматривались авторами первых обобщающих работ? Содержание работы Кренига «Очерки теории газов» ясно из изложенного в 5 23. В труде О. Мейера «Кинетическая теория газов» детально рассмотрены некоторые вопросы, позже включенные в классические курсы, такие, как расчет давления газа на стенку сосуда, скорости молекул, расчет длины свободного пробега, явления переноса и др. Здесь же автор останавливается и на некоторых принципиальных вопросах.
теории. Мейер обобщил результаты исследований в области молекулярно-кинетической теории, появившихся до 1875 г. Наиболее обстоятельный труд, который, по сути дела, можно рассматривать уже как учебник кинетической теории газов, принадлежит Клаузиусу. Это третий том его трехтомного труда «Механическая теория тепла», который был издан уже после смерти автора Планком и Пульфрихом в 1889 г. Уже в 1891 г. вышло второе издание ". Здесь рассмотрены такие вопросы, как вывод основного кинетического уравнения теории газов (уравнения Клаузиуса), вошедшего позже во все учебники элементарной теории газов,,закон распределения скоростей Максвелла, расчет числа столкновений и длины свободного пробега молекул, внутреннее трение и теплопроводность газов и другие вопросы.
После классических исследований Больцмана по статистическому обоснованию второго начала термодинамики, естественно, возникла потребность в создании такого курса кинетической теории газов, в котором нашли бы отражение и эти совершенно новые идеи. Такой курс был создан самим Больцманом на основе лекций, читанных им в Венском университете, и издан в 1886 г. под названием «Лекции по теории газов» в'.
Эта книга Больцмана охватила весь теоретический материал кинетической теории газов, обобщенный и изложенный на основе идей и методов автора. Законченность и стройность отличают этот труд великого теоретика. 'в Смп С1а пег па и. Ьпе гпесьапысЬе %агпге1Ьеог!е, Вд. 111, вм Ап1яаЬе, Вгаппвсьме18, 1891. м Смп В о11»го а пи В. Чог!евппяеп ЬЬег Шеопе бег Савев, 'йг1еп, 1888. 290 Поэтому неудивительно, что он служил образцом для написания позднейших работ в этой области.
Первая монография по статистической физике была написана американским теоретиком Д. В. Гиббсом и называлась «Основные принципы статистической механики, излагаемые со специальным применением к рациональному обоснованию термодинамики». Этот труд вышел в свет в 1902 г. Следует также упомянуть и классическую монографию Дж. Джинса «Динамическая теория газов» (1904), выдержавшую несколько изданий. В 80-х годах стали появляться первые работы в области молекулярно-кинетической теории и на русском языке.
Русские физики внесли достойный вклад в разработку отдельных вопросов, таких, как теория реальных газов и критическое состояние вещества, тео,рия теплового излучения и явлений переноса, основы молекулярно-кинетической теории. Здесь прежде всего следует отметить Н. Н. Пирогова ]21], который занимался статистическим обоснованием второго начала термодинамики, В. А. Михельсона ]36], работавшего над проблемой обоснования второго начала методами классической механики и теории вероятностей, а также Б. В.
Станкевича, преподавателя Варшавского университета, опубликовавшего ряд работ по более строгому обоснованию закона распределения Максвелла. Он же издал первую оригинальную монографию по молекулярно-кинетической теории газов, которая вышла в Москве в 1884 г. под названием «Кинетическая теория газов в математическом изложении» 154]. Помимо систематизации известного материала, разбросанного в различных периодических изданиях, Станкевич критически рассмотрел различные подходы к изложению вопросов, связанных с явлениями переноса и с законом распределения Максвелла. Эта работа получила положительную оценку таких ведущих в то время физиков, как А. Г.
Столетов и А. П. Соколов. 80-е и 90-е годы Х1Х в. были годами всеобщего увлечения термодинамикой и статистической механикой. Исследователям казалось, что все проблемы можно решить методами этих наук. Но уже в конце Х1Х в. выяснилось, что это не так. Возникшие трудности, в частности в теории теплоемкости и теплового излучения, дали физикам достаточный повод задуматься над основами классических теорий. Г Л А В А Х. МЕХАНИЦИЗМ И ВТОРОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ 9 27.
Механицизм и термодинамика Общие замечания Вторая половина Х1Х в. является временем расцвета механицизма. Сформулированная еще Декартом и Ньютоном задача механики — «по наблюдаемым явлениям определить силы природы 19* 291 и после этого изучить проще явления» — к этому времени превращается в грандиозную программу объяснения всех явлений природы путем сведения их к основным принципам механики. сразвитие классической термодинамики и молекулярно-кинетической теории тепловых явлений выдвинуло перед представителями механистической физики задачу свести и этот новый круг проблем к лгеханике. В первуго очередь речь шла о втором начале термодинамики, так как первое начало внешне без больших затруднений укладывалось в схему основных понятий механики.
Второе же начало с характерной для него и глубоко чуждой классической .чеханике адеей необратимости вносило новый элемент в физическую картину,кира. Оно явилось тем пробным камнем для механицизма в его прямолинейном варианте сведения всех закономерностей к комплексу чисто механических понятий, который привел к кризису механического мировоззренияь 148, с. 37Ц. Развитие круга вопросов, связанных с попытками обоснования второго начала термодинамики путем сведения его к общим принципам механики, полностью определялось этой тенденцией теоретического естествознания. Первые попытки вывести второе начало термодинамики нз принципов механики относятся к 60 — 70-м годам Х1Х в.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
