Кричевский И.Р. Понятия и основы термодинамики (1185131), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Практическое применение второй гипотезы к тому же упиралось в отсутствие каких-либо достоверных экспериментальных сведений о природе атомов и молекул. При таком состоянии знаний не всегда мог помочь даже гений исследователя. Так; М. В. Ломоносов приходил к опровергаемым опытом выводам: «Холодные тела, удельно более тяжелые, в одной и той же согревающей среде нагреваются медленнее, а теплые в одной и той же охлаждающей среде охлаждаются медленнее, чем удельно более легкие», илн: «более твердые тела медленнее воспринимают и отдают теплоту, чем тела более мягкие» ([!9[, стр. 33). Расхождение же между предсказаниями и опытамн подрывало доверие ко второй гипотезе.
Богатые гениальными мыслями и написанные прекрасным языком работы М. В Ломоносова производят на нас очень сильное впечатление, — по-видимому, более сильное, чем они производили на его современников. Мы, знакомые с двухсотлетним развитием науки после М. В. Ломоносова, видим в его работах гениальное предвидение. Современники же Ломоносова главное свое внимание обращали на расхождения между следствиями из теории М.
В. Ломоносова, выведенными им самим, и экспериментальными данными того времени. Блек 12Ц ни разу не упоыинает имени М. В. Ломоносова. Впрочем, читая старую литературу, надо иметь в виду, что наше правило указывать автора, работой которого мы воспользовались, сравнительно недавнего происхождения [221 Однако по ряду признаков Блек был несомненно знаком с работами М В Ломоносова.
Так, Блек цитирует работу Рихмана («проницательиого Рихмана», по характеристике Елена), напечатанную в том же первом томе «Новых Записок Императорской Петербургской Академии Наук» ((Чо»1 Сопппеп1агп Асадеш!ае Зс!епнагшп 1шреиа1Ь Ре1горо!Напае), что и работа М. В. Ломоносова «Размышления о причинах теплоты и холодам Блек к тому же был членом-корреспондентом Императорской Петербургской Академии Наук. Блек, разбирая, без указаний на автора, теорию о том, что причиной теп. лоты является движение, отбрасывает зту теорию.
Из нее следовало, в противоречие с опытом, что тяжелые тела должны нагреваться и охлаждаться быстрее, чем легкие тела. «Ломоносов — гений... Его родина, которая дала столько выдающихся химиков, имеет полное право гордиться таким самобытным и талантливым человеком» ([8), стр. 204).
Х'!г[П в. был периодом наибольшего расцвета и торжества первой гипотезы. Но он был и началом ее падения. Окончательный удар первой гипотезе нанесли опыты, доказавшие количественно, что теплота не является неуничтожимой, что она может возникать из механического движения и превращаться в него. Этн же опыты заставили иначе взглянуть и на вторую гипотезу. Калориметрия Представление о переходе теплоты от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой было использовано при выработке одного из первых методов калориметрин.
При постоянной разности температур между телами и при прочих постоянных условиях количество перешедшей теплоты прямо пропорционально времени, в течение которого происходил переход. Этот метод впоследствии получил название «метода постоянной подачи теплоты» [9)'. Если второе тело в воздух, то закон охлаждения Ньютона (1701 г.) устанавливал зависимость между количеством перешедшей теплоты и разностью температур; при небольшой разности температур количество перешедшей теплоты прямо пропорционально этой разности при постоянстве, конечно, прочих условий, влияющих на переход теплоты (24).
При практическом применении метода постоянной подачи теплоты температура одного тела (среды) часто оставалась постоянной на протяжении опыта, температура же другого тела изменялась. Закон Ньютона позволял вычислять количество теплоты, перешедшей от среды к телу (или обратно), и при этих условиях опыта **, * Краткий очерк развития калоримегрии от ее зарождения до нашего времени см.[231. ** Закон Ньютона справедлив при вынужденной конвекции газа. При сво. бедной конвекции газа скорость перехода теплоты прямо пропорциональна разности температур в степени 1,25. Формулируя закон, Ньютон специально оговаривает, что закон справедлив «не в случае неподвижного воздуха, но в случае однородного воздушного потока» ([25], стр.
147, 158, 159). 4 зак. жз В руках умелых экспериментаторов метод давал хорошие результаты. Применив его, Деларош и Берар [26] впервые получили надежные значения теплоемкости газов (при постоянном давлении). Тем же методом Птн и Дюлонг [27[ измерили теплоемкости элементов и открыли закон равенства грамм-атомных теплоемкостей элементов. Закон носит теперь их имена.
Метод постоянной подачи теплоты был применен для изучения скорости нагревания (охлаждения) различных тел на воздухе, служившем средой. Мартин (1740 г.) нашел, что у равных объемов ртути и воды температура ртути повышается (понижается) в два раза быстрее, чем температура воды [2, 4, 9, 21[. Г. В. Рихман [28) экспериментально доказал (1753 г.), что ртуть нагревается и охлаждается быстрее, чем равные объемы других жидкостей с меньшей плотностью. Далее Г. В.
Рихман показал (опубликовано в 1758 г. уже после его трагической смерти), что равного объема шары из меди, латуни, олова и свинца охлаждаются при одинаковых условиях с различной скоростью. Нельзя было установить зависимость ни между скоростью охлаждения и плотностью металла, ни между скоростью охлаждения и твердостью металла *. Сторонники гипотезы теплорода первоначально (ХЧП в. и первая половина ХЧП1 в.) считали, что термометр измеряет количество теплоты, содержащейся в теле.
Само латинское слово «температура» означало смесь (например, о бронзе говорили, что она температура, т. е. смесь, олова и меди). Под температурой тела исследователи понимали смесь из материи тела н теплорода тела. Градус температуры (до второй половины ХЧП1 в. говорили «градус теплоты '*) характеризовал концентрацию этой смеси [10,32), Гипотеза теплорода ошибочна. Ошибочно предположение, что термометр измеряет количество теплорода в теле. Но обе ошибки привели к правильному результату. Массы воды гп', и", лт'", ...
имеют температуры 1', 1", 1"', ..., измеренные каким-нибудь термометром по какой-нибудь шкале. Какая установится температура 1 после смешения этих масс? Если градус температуры характеризует концентрацию смеси из материи и теплорода, то температуру 1 надо вычислять по арифметическому правилу про. порций: (Ш, 1) т'+ ш" + т"'+ ... К уравнению (П1,1) пришли, независимо друг от друга, математик Брук Тейлор (1723 г.) [24] и физик Г. В. Рихман (1750 г.) [28[. * Оценку научной деятельности Рихмана см.
129 — ЗЦ. ** Автор слышал в 20-х годах, как старые рабочие одного химического завода называли термометр тепловиком. бо Тейлор и Рихман экспериментально доказали опытами с водой * справедливость формулы (П1, 1). Она и известна под названием формулы Тейлора — Рихмана. При смешении двух равных масс (111,1а) т, е. температура после смешения равна среднему арифметическому температур смешиваюшнхся масс.
Опыты не только с водой, но и с другими жидкостями подтвердили уравнение (П1, 1). По словам Вольтера, «теории подобны мышам, они проходят через девять дыр и застревают в десятой» (цит. по [ЗЗ)). Формула Тейлора — Рихмана застряла на опытах по определению температуры, которая устанавливается при встряхивании воды и ртути. Фаренгейт провел эти опыты (1732 г.) по предложению голландского врача и химика Бургаве*". Температура после встряхивания равных масс воды и ртути не равна среднему арифметическому начальных температур воды и ртути. Эго противоречит формуле Тейлора — Рихмана (П1,1а).
Температура больше средней арифметической, если температура воды выше температуры ртути; температура меньше средней арифметической, если температура воды ниже температуры ртути. Прн встряхивании трех объемов ртути с двумя объемами воды конечная температура равна средней арифметической начальных температур ртути и воды. Блек (2!] объяснил (!760 г.) с единой точки зрения опыты Мартина — Рихмана, Тейлора — Рихмана и Фаренгейта — Бургаве. Он показал, что характерной величиной для каждого тела является его емкость для теплоты или, по современной терминологии, его теплоемкость. Теплоемкость Представление о том, что термометр измеряет концентрацию смеси из материи и теплорода, приводило к очевидному выводу: равные массы различных тел получают равные количества теплоты при повышении температуры тел на равное число градусов.
Опыты Фаренгейта — Бургаве заставили Блека усомниться в справедливости этого вывода и, следовательно, в справедливости исходного положения. Цитируем Блека. «Приведем для ясности численный пример **'. Предположим, что вода при 100' встряхивается с равным объемом ртути прн 150'. Мы знаем, что среднее арифметическое от 100' и 150' есть 125'. и, р ур у р * Подобные опыты проводил (!661 г.) уже француз Морен [1О]. е* Опыты Фаренгейта — Бургаве изложены в [4, 21], О Бургаве можно прочесть в [34], '*' Блек пользовался шкалой Фаренгейта [И К.) 61 холодной воды при 100' с теплой водой при 150'.
При этом температура теплой воды понижается на 25', а температура холодной ьоды повышается на столько же градусов. Но если теплую воду заменить теплой ртутью, то конечная температура будет только 120' вместо 125'. Ртуть таким образом охладилась на 30', вода же нагрелась только на 20', и все же количество теплоты, полученной водой, равно колччеству теплоты, отданной ртутью.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
