61784 (694634), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Если заменить во всем тексте слова «движущая сила» на «энергия», а в последней фразе - на «работа», го формулировка Карно целиком может быть помещена в современный учебник физики. Карно не только сформулировал здесь закон сохранения энергии, но впервые дал числовой коэффициент для пересчета тепла в работу и наоборот. Это был качественный скачок, переход на новый уровень знаний, значение которого нельзя переоценить. Дальше мы увидим, с каким трудом эти истины входили в сознание людей.
Насколько правильно С. Карно подсчитал тепловой эквивалент работы? Аири Пуанкаре в 1892г. писал: «Можно ли яснее и точнее высказать закон сохранения энергии? Заметим также, что значение эквивалента, вычисленного Карно в 2,7 ккал на единицу работы, за которую он принимает 1000 кГм, соответствует 370 кГм/ /ккал, что недалеко от истины (427 кГм)...».
Однако открытие Карно осталось неизвестным его современникам; он не успел его опубликовать. В 1832 г. С. Карно умер, заболев холерой. Только в 1878 г. его брат опубликовал записки, в которых содержался цитированный отрывок, вместе со вторым изданием книги «О движущей силе огня».
Это открытие Карно не оказало влияния на дальнейшее развитие учения о сохранении энергии; главные события, связанные с его установлением, произошли позже- в 40-е и 50-е годы XIX в. Тем не менее приоритет С. Карно не подлежит сомнению.
Однако как основоположник закона сохранения энергии в историю вошел (с полным правом на это) другой человек, по существу «шедший вторым» - немецкий врач Роберт Майер (1814-1878 гг.). Он впервые опубликовал свой расчет механического эквивалента тепла в 1842 г. (полученная им цифра - 365 кГм/ккал - была немного менее точна, чем у Карно).
Р. Майер, как и многие другие первооткрыватели, принял на себя первые удары противников нового закона. Он понимал проблему энергетических превращений глубже и шире, чем его современники - физики, занятые той же задачей.
Это было и хорошо, и плохо. Хорошо потому, что (хотя и не сразу) дало возможность закону сохранения энергии утвердиться в наиболее общей форме. Плохо потому, что работы Майера в значительной степени именно по этой причине долго «не доходили» до его современников и не были оценены по достоинству. Он прожил дольше Карно, но судьба его тоже была трагичной.
Майер подошел к закону сохранения с несколько неожиданной для физиков биологической стороны: как и Дарвин, он получил первый толчок к своим идеям из наблюдений во время дальнего морского путешествия.
Ему как судовому врачу приходилось делать хирургические операции; он обратил внимание на то, что у жителей острова Ява венозная кровь оказалась намного светлее, чем у европейцев. Майеру было известно, что выделяемое живым организмом тепло получается в результате окисления пищи кислородом (первыми это установили еще А. Лавуазье и П. Лаплас). Размышляя об этом, Майер совершенно правильно пришел к объяснению: в жарком климате организм отдает, а следовательно, и вырабатывает меньше тепла, чем на севере. Соответственно артериальная кровь, переходя в венозную, должна отдавать меньше кислорода (т. е. меньше темнеть).
Развивая эту мысль, Майер связал процесс окисления пищи не только с выделением тепла организмом, но и с работой, которую он производит. Следовательно, и тепло, и работа возникают из одного и того же источника - пищи. Поскольку Майер, так же как и Лейбниц, исходил из принципа равенства причины и действия (causa aequat effectum), для него было очевидно, что теплота и работа могут взаимно превращаться. Более того, их количества при этом должны находиться в совершенно определенном соотношении.
При одном и том же количестве окисленной пищи сумма сил неизменна; сколько убавится работы, столько же прибавится теплоты (и наоборот). Оставалось только вычислить тепловой эквивалент работы.
Насколько далеко смотрел Майер, видно из таких, например, его строк:
«Изучать силу в ее различных формах, исследовать условия ее превращения (метаморфоз) -такова единственная задача физики, ибо порождение силы или ее уничтожение находится вне сферы мышления и действия человека.
Можно доказать a priori и во всех случаях подтвердить опытом, что различные силы могут превращаться одна в другую. В действительности существует только одна-единственная сила. Эта сила в вечной смене циркулирует как в мертвой, так и живой природе. Нигде нельзя найти ни одного процесса, где не было бы изменения силы со стороны ее формы».
Если учесть, что слово «сила» соответствует термину «энергия», то эта цитата звучит, как написанная сегодня.
Эти мысли Майера, которые нам представляются совершенно естественными и бесспорными, в то время (1840-1842 гг.) казались, как это пи странно, не только jпарадоксальными, но и просто неграмотными. Нельзя «Забывать, что в умах ученых еще господствовала теория теплорода - представление о некоторой невесомой жидкости, которая не возникала и не уничтожалась, а .только переходила от одного тела к другому, а «падая» ,с более высокого температурного уровня на нижележащий, могла производить работу подобно воде, крутящей колесо. Майер, однако, писал о теплороде крайне непочтительно.
«Выскажем великую истину: никаких нематериальных материй не существует. Мы прекрасно сознаем, что ведем борьбу с укоренившимися и канонизированными крупнейшими авторитетами гипотезами, что мы хотим вместе с невесомыми жидкостями изгнать из учения о природе все, что осталось от богов Греции...».
Не менее крамольные «антитеплородные» мысли С. Карно об эквивалентности тепла и работы, записанные в его дневнике, тогда не были известны; мало кто знал и о высказываниях Лейбница и Ломоносова. Все трудности борьбы с учеными и неучеными противниками пришлись на долю Майера.
Нужно еще учесть, что он отзывался о глупостях в трудах многих оппонентов (в том числе и своих коллег- врачей) не без юмора, а это редко прощают.
В 1841 г. Майер направил первую работу об идее сохранения силы в физический журнал «Annalen der Phy-sik». Однако редактор журнала Поггендорф отказался ее публиковать. В том же году Майер написал новую статью под названием «Замечания о силах неживой природы», которую удалось опубликовать в другом журнале- «Annalen der Chcmie und Pharmacie». В ней уже не только четко ставился вопрос о механическом эквиваленте тепла, но и приводилось его значение, вычисленное по известным в то время данным для теплоемкостей воздуха при постоянном давлении ср и постоянном объеме cv.
Поскольку воздух, расширяясь при постоянном давлении, производит работу, а нагреваясь при постоянном объеме, не производит ее, разность количеств теплоты, затраченной на нагрев, эквивалентна произведенной работе. Майер получил цифру 365 кГм/ккал. В дальнейшем в работе «Органическое движение и обмен веществ» он уточнил это значение, определив его равным 425 кГм/ккал (что близко к ее истинному значению - 427 кГм/ /ккал).
Майер писал, и об электрических, и о химических силах, распространяя и на них закон сохранения.
Заслуги Майера перед наукой так и не были оценены его современниками. Сначала вызывали отпор сами идеи Майера, а потом, как это часто бывает, оспаривался его приоритет.
Враждебная атмосфера, окружавшая Майера1, привела даже к попытке самоубийства (1850 г.) и душевному расстройству; около года (1852-1853 гг.) он провел в больнице. О его состоянии можно судить по словам: «Или весь мой метод мышления аномален и негоден, тогда мне подходящее место в доме умалишенных. Или меня награждают презрением и насмешками за открытие важных истин».
Только незадолго до смерти заслуги Майера были в какой-то степени признаны; большую роль в этом сыгра-ли английский физик Дж.; Тиндаль и немецкий - Г. Гельмгольц. Уже после смерти Р. Майера в 1892 г. «в г. Гейльбронне, где он родился, был воздвигнут памятник, а в 1893 г. было выпущено собрание его сочинений.
Оценивая вклад Р. Майера в науку, Ф. Энгельс писал в «Диалектике природы» о его революционизирующей роли: «Количественное постоянство движения было ; высказано уже Р. Декартом почти в тех же выражениях..., зато превращение форм движения открыто |8в 1842 г., и это, а не закон постоянства, есть как раз новое».
Судьба третьего основоположника закона сохранения энергии Д. Джоуля (1818-188У гг.) не была столь тяжелой, как у С. Карно и Р. Майера. В отличие от склонного к философии и непочтительного к авторитетам Майера он был практичным англичанином, прочно стоявшим на ногах, и даже богобоязненным. Идейной основой закона сохранения живой силы (т. е. энергии) он считал положение, что человек не может уничтожить то, что создано богом, и, напротив, создать то, что бог не создал. Относительно начала действия этого закона Джоуль писал даже так: «Проявления живой силы на пашей планете такие же, какими они были с момента сотворения мира, или, во всяком случае, со времени потопа».
Результаты многолетних работ Джоуля были основаны на тщательно проведенных экспериментах, конкретны, и спорить с ним было трудно1. Джоуль работал над энергетическими превращениями с 1843 г. - более 30 лет; за это время он изучил самые различные энергетические преобразования. Он провел классические опыты по точному определению теплового эквивалента работы, вращая грузами мешалку воды в калориметре и измеряя повышение ее температуры (те самые «сотые градуса»). Уже в 1843 г. он вслед за Майером четко сформулировал закон сохранения для трех видов «живых сил» (т. е. энергии) - механических, тепловых и магнитоэлектрических.
Одновременно с русским физиком Э. Ленцем (1804-1865 гг.) и независимо от него он сформулировал закон, устанавливающий зависимость выделяемой в проводнике теплоты от силы тока и напряжения (закон Джоуля - Ленца). Джоуль провел исследования по всей цепи преобразований электроэнергии, начиная от гальванического элемента и кончая работой электромагнитных сил.
Заслуги Джоуля были увековечены присвоением его имени единице энергии - джоуль (Дж).
После опубликования работ Джоуля к середине XIX в. закон сохранения энергии (как тогда писали - «силы» или «движения») победил окончательно; дальше речь шла уже о расширении сферы его приложений, уточнении, установлении однозначной терминологии и, наконец, ознакомлении с ним сначала научных работников и инженеров, а затем и всех образованных людей. Доведение этой работы до конца означало и конец ppm-1.
Основополагающий вклад в эту работу сделали Г. Гельм-гольц (1821 - 1894 гг.), У. Томсон-Кельвин (1824-1907гг.), У. Ренкин (1820-1872гг.) и Р. Клаузиус (1822- 1888гг.). Все попытки опровергнуть или ограничить закон сохранения энергии были обречены на неудачу. Однако для окончательного утверждения и распространения, превращения его в общепринятый фундаментальный закон было необходимо провести то самое установление точных понятий и терминов, о котором говорилось выше. Ведь даже слова «энергия» в первоначальной формулировке закона не было.
Список литературы
Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://subscribe.ru/archive/tech.vechdvigatel
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
