Кричевский И.Р. Понятия и основы термодинамики (1185131), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Но точное измере. ние объема капиллярной трубки было трудной экспериментальной задачей во времена Бойля и Реомюра, и этот метод не нашел при. менения *. Успехи, достигнутые при изготовлении жидкостных термо. метров, не вытеснили, однако, мысли о применении газовых термометров. Слишком несомненны были преимущества большей чувствительности газового термометра по сравнению с жидкостным.
Использование же газовых термометров привело к новому применению идеи Галилея — судить об изменениях температуры по изменениям, происходящим в телах. " О построении температурной шкалы по одной постоянной точке см. инте. ресную статью [301, 26 Амонтон (1699 г.) в связи с работой огненной машины (она приводила в движение его мельницу) заинтересовался вопросом, яа какую долю возрастало давление воздуха прн его нагревании. Решение этой задачи навело Амонтона на мысль (!702 г.) о возможности судить об изменениях температуры по изменениям давлення воздуха прн (практнческн) постоянном объеме.
Основной частью машины являлось колесо; оно вращалось вокруг горизонтальной осн и было разделено по радиусам переборками на четыре отделения. Каждое отделение состояло в свою очередь из двенадцати соединенных между собой камер. В каждом отделении одна Л нв камер содержала воздух, остальные одиннадцать служили аля приема воды, последовательно вытесняемой расширившимся воздухом из одной камеры в другую. Воздух в камере, находившейся в самом верхнем положении и вблизи от печи, нагревался, расширялся и выдавливал воду из одной камеры в другую.
Колесо начинало вращаться. Камера с воздуком опускалась, удалялась от печи. Но в зто время к печи подходила другая камера с воздухом. Процесс расширения воздуха и выдавливания воды повторялся. Колесо продолжало вращаться в прежнем направлении. Машина Амонтона вызвала большой интерес у современников, но ие получила практического значения 1141. Читатель не преминет увидеть, что машина Амонтона— зто в сущности прибор Филона [см. рис, 1) непрерывного действия. В термометре Амонтона (3!) воздух в шаре В (его диаметр примерно 8 см) был отсечен от внешнего воздуха ртутью (рнс.
3). Она находилась в нижней части шара н в узкой трубке АВСЕ (ее диаметр примерно ! лгж). Прн таких размерах термометра значительные изменения давления воздуха в шаре происходили прн (практнческн) постоянном объеме воздуха. Современные газовые термометры являются термометрами постоянного объе- 3 ма. Прибор Амонтона был, следовательно, нх первым образцом ', Амонтой нашел, что прн переходе от темпера- с туры в глубоких погребах парижской обсерватории рис. 3, терно (1207'С по измерениям 18!9 г. [34)) к температуре метрАмонтона. кипения воды "* повышение давления воздуха в шаре всегда составляло одну треть от первоначального давления, независимо от его абсолютного значения.
Амонтон вводил в шар х) воздух в таком количестве, чтобы прн погружении шара в кипящую воду давление воздуха в шаре ь Кто не хочет или не может познакомиться с важной для развития термометрин работой Амонтона по его оригинальной статье [она написана к тому же по старинной французской орфографии), тот может сделать зто, прочтя [321; см. также [4, ! 1, 12, !3, 17, 301. Краткую биографию Амонтона см. [ЗЗ[. Амонтон ие знал, что температура кипения воды зависит от давления 27 равнялось (в современных единицах) 186 см рг.
сг. Температуру ниже температуры кипения воды Амонтон характеризовал разностью между 186 см рт. ст. и давлением воздуха в шаре при более низкой температуре. Термометрическая шкала, предложенная Амонтоном, основана, таким образом, на одной постоянной точке — точке кипения воды. Амонтон предложил калибровать жидкостные термометры по газовому — метод, принятый современной термометрией. Амонтону принадлежит еще одна правильная и важная мысль, хотя она и была связана с его неправильными воззрениями на природу теплоты.
По Амонтону, теплота — это рой маленьких частиц. Они находятся в непрерывном движении, сообщают движение частицам газа и обусловливают его давление. Отсюда у Амон- тона и возникла мысль, что газ, полностью лишенный теплоты, не будет иметь давления. Это будет наименьшая температура, которой можно достигнуть '. Через пятьдесят лет М. В. Ломоносов (35), независимо от Амонтона, пришел к этой же мысли. Но М.
В. Ломоносов руководствовался уже другими взглядами на природу теплоты, Термическое равновесие . Изобретение термометра повлекло за собой открытие одного из четырех основных законов термодинамики — закона термического равновесия. Нет возможности связать открытие этого закона с одним или даже несколькими именами и приурочить открытие к определенной дате. Многие исследователи, занимавшиеся вопросами термометрии, не всегда осознавали в термическом равновесии обоснованный опытами закон и рассматривали это равновесие как очевидное явление. По сути дела, измерение температуры термометрами основано на законе термического равновесия. В опыте с тремя сосудами нет термического равновесия между водой в третьем сосуде н обеими руками — термоскопами. При такой постановке опыта измерять температуру нельзя.
Ясное изложение закона термического равновесия (конечно, без притязаний на открытие закона) с указанием условий, при которых оно может установиться, дал уже Блек е' (начало второй половины ХИ!1 в.). «...Все тела, свободно сообщающиеся друг с другом и не подверженные неравенству внешних условий, приобретают одну и ту * О наименьшей температуре писал уже Локк: «С другой стороны, мансимальная степень холода означает прекращение движения неосязаемых частиц» ([3], т, П, стр. 488). «««Одной из повивальных бабок Промышленной Революции должен быть признан молчаливый шотландский врач, физик и химик джозеф Блек ((728— !799), ирофессор химии в Глазго и Эдинбурге» [33]. «Блек — великий теоретик, едва ли уступающий самым знаменитым ученым всех времен» ([37], т. П, стр. 389).
28 же температуру, указываемую термометром. Все тела приобретают температуру окружающей среды. Применение термометров научило нас следующему. Пусть 1000 или более различных родов материи — металлы, камни, соли, де- рево, пробка, перья, шерсть, вода и ряд других жидкостей — имеют вначале различные температуры *, Поыестим все эти тела в ком- нату без огня, не освещаемую солнцем.
Теплота будет передаваться от более горячих из этих тел к более холодным в течение возможно нескольких часов или в течение дня. По окончании этого периода приложим термоскоп последовательно к каждому телу. Показание термоскопа будет точно одним и тем же» [381 *а, Блек рассмотрел пример, когда термическое равновесие уста- новилось между различными телами. Тогда какое-нибудь другое тело (термометр в рассматриваемом примере), придя в термиче- ское равновесие с одним из перечисленных тел, тем самым оказы- вается в термическом равновесии со всеми прочими телами. Спра- ведливо и обратное положение. Пусть какое-нибудь тело, например термометр, находится в термическом равновесии с каждым из изо- лированных друг от друга тел. Тогда все эти тела находятся и между собой в термическом равновесии.
Установление контакта между телами, как в примере Блека, не вызовет в них изменений температуры. Многие до сих пор рассматривают оба положения как очевидные. Такой взгляд ошибочен. Закон термического рав- новесия, как и всякий закон, основан на опыте. На обоих положениях закона термического равновесия и осно- вана возможность однозначного измерения температуры термо- метрами. Термометр показывает свою собственную температуру, она равна температуре тела, с которым термометр находится в термическом равновесии.
Закон термического равновесия — к тому же приближенный за- кон [391 «В классической термодинамике мы привыкли к заключению, что система, находясь в термическом равновесии, имеет, по необ- ходимости, одинаковую температуру повсюду. Как вывод реляти- вистской термодинамики было найдено, что это заключение дол- жно быть изменено при наличии гравитационного поля. Рассмот- рим сферическое распределение вещества, поддерживаемого в равновесии его собственными гравитационными силами. При тер- мическом равновесии собственная температура Тз, измеряемая мест- ным наблюдателем, понижается при перемещении по радиусу г от центра сферы к ее поверхности, вместо того чтобы оставаться постоянной. ' У Блека «теплоты». (И.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
