Молекулярная физика и теплота в XVIII столетии

В 18 столетии механика становится зрелой наукой. Но наука о теплоте делает только свои первые шаги.

Еще в 1703 г. парижский академик Амонтон (1663-1795) сконструировал газовый термометр. Гданьский стеклодув Фаренгейт изготовил спиртовые термометры с постоянными точками. С 1714 г. он начал изготавливать ртутные термометры.

Французский зоолог и металлург Реомюр(1683-1757) предложил термометр с постоянной нулевой точкой, за которую он принял температуру замерзания воды.

Проверку термометра Реомюра проводил шведский астроном Цельсий (1701-1744), описавший свои опыты в 1742г. Точку плавления льда Цельсий принял за 100, точку кипения при давлении 25 дюймов 3 линии ртутного столба – за 0.

Извстный шведский ботаник Карл Линней (1707-1788) пользовался термометром с переставленными значениями постоянных точек.

В Петербургской Академии наук академик Делиль предложил шкалу, в которой точка плавления льда принималась за 150, а точка кипения воды – за 0.

Термометры использовались прежде всего для метеорологических и географических целей.

Развитие термометрии было первым научным и практическим использованием теплового расширения тел. Первые точные измерения теплового расширения твердых тел были выполнены Лавуазье и Лапласо в 1782г. Их метод долгое время описывался в курсах физики, начиная с курса Био, 1819г., и кончая курсом физики Хвольсона, 1923.

Полосу испытуемого тела помещали сначала в тающий лед, а затем в кипящую воду. Были получены данные для стекла различных сортов, стали и железа, а также для разных сортов золота, меди, латуни, серебра, олова, свинца.

Уже в первой половине XVIII столетия были созданы термометры и начались количественные тепловые измерения, доведенные до высокой степени точности в теплофизических опытах Лапласа и Лавуазье.

Вильке, исследуя в 1772 г. теплоту смеси воды и снега, обнаружил, что часть теплоты исчезает. Отсюда он пришел к выводу к понятию скрытой теплоты таяния снега и к необходимости введения нового понятия, получившего в дальнейшем название «теплоемкость».

К этому же выводу пришел и Блэк, не опубликовавший своих результатов. Его исследования были напечатаны только в 1803 г., и тогда стало известно, что Блэк первым четко разграничил понятия количества теплоты и температуры, первым ввел термин «теплоемкость». Позже он установил понятие скрытой теплоты испарения. Таким образом, к 70-м годам 18 столетия были установлены основные колориметрические понятия. Лишь спустя почти сто лет (1852 .) была введена и единица количества теплоты, получившая значительно позже название «калория».

В 1777 г. Лавуазье и Лаплас, построив ледяной калориметр, определили удельные теплоемкости различных тел. Аристотелевское первичное качество – тепло стало изучаться методом точного эксперимента.

Появились и научные теории теплоты, одна, наиболее распространенная концепция (ее придерживался и Блэк) – это теория особой тепловой жидкости – теплорода. Другая, ревностным которой был Ломоносов, рассматривала теплоту как род движения «нечувствительных частиц».

Атомизм господствовал в физических воззрениях ученых и мыслителей 17 в. Гук, Гюйгенс, Ньютон представляли все тела Вселенной состоящими из мельчайших частичек, «нечувствительных», как их кратко называл позднее Ломоносов.

Бернулли в «Гидродинамике» представлял воздух состоящим из частиц, движущихся «чрезвычайно быстро в различных направлениях» и считал, что эти частицы образуют «упругую жидкость». Бернулли обосновывал своей моделью «упругой жидкости» закон Бойля-Мариотта. Он установил связь между скоростью движения частиц и нагреванием воздуха и объяснил тем самым увеличение упругости воздуха при нагревании. Это была первая в истории физики попытка истолковать поведение газов движением молекул, попытка несомненно блестящая, и Бернулли вошел в историю физики как один из основателей кинетической теории газов.

Спустя 6 лет после выхода «Гидродинамики» Ломоносов представил в Академическое собрание свою работу «Размышления о причине теплоты и холода». Она была опубликована только через 6 лет, в 1750 г., вместе с другой, более поздней работой «Опыт теории упругости воздуха». Таким образом, теория упругости газов Ломоносова неразрывно связана с его теорией теплоты и опирается на последнюю.

Ломоносов выдвигает гипотезу, что теплота – это форма движения нечувствительных частиц.

Ломоносов здесь же указывает, что поскольку верхнего предела скорости частиц нет (теория относительности еще не существует!), то нет и верхнего предела температуры. Но «по необходимости должна существовать наибольшая и последняя степень холода, которая должна состоять в полном прекращении вращательного движения частиц». Ломоносов, следовательно, утверждает существование «последней степени холода» - абсолютного нуля.

Вместе с тем Ломоносов включает в свою термодинамическую систему и мировой эфир. Утверждает, что материя эфира может сообщать полученное от солнца теплотворное движение нашей земле и остальным телам мира и их нагревать, являясь той средой, при помощи которой тела, отдаленные друг от друга, сообщают теплоту без посредничества чего-либо ощутимого».

Итак, Ломоносов задолго до Больцмана, Голицына и Вина включил тепловое излучение в термодинамику. Термодинамика Ломоносова – замечательное достижение научной мысли 18 века, далеко опередившее свое время.

Дата добавления: 2014-03-11; просмотров: 386; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!