Открытие закона сохранения и превращения энергии

Воззрения на теплоту как форму движения мельчайших «нечувствительных» частиц материи высказывались еще в XYII в. Ф.Бэкон, Декарт, Ньютон, Гук и многие другие приходили к мысли, что теплота связана с движением частиц вещества. Но со всей полнотой и определенностью эту идею разрабатывал и отстаивал Ломоносов. Однако он был в одиночестве, его современники переходили на сторону концепции теплорода, и, как мы видели, эта концепция разделялась многими выдающимися учеными XIX столетия.

В 1798 г Б.Томпсон (1753-1814), ставший с 1790 г графом Румфордом, сделал в мюнхенских военных мастерских важное наблюдение: при высверливании канала в пушечном стволе выделяется большое количество тепла. Чтобы точно исследовать это явление, Румфорд проделал опыт по сверлению канала в цилиндре, выточенном из пушечного металла. В высверленный канал помещали тупое сверло, плотно прижатое к стенкам канала и приводившееся во вращение. Термометр, вставленный в цилиндр, показал, что за 30 минут операции температура поднялась на 70 градусов Фаренгейта. Румфорд повторил опыт, погрузив цилиндр и сверло в сосуд с водой. В процессе сверления вода нагревалась и спустя 2,5 часа закипала. Этот опыт Румфорд считал доказательством того, что теплота является формой движения.

Многие не специалисты сыграли большую роль в утверждении великого закона. Врач Майер, пивовар Джоуль, врач Гельмгольц – вот те три человека, за которыми история науки навсегда закрепила славу открывателей закона сохранения и превращения энергии.

Майер. Юлиус Роберт Майер родился в 1814г в семье аптекаря. Он получил медицинское образование и отправился в качестве врача на о.Ява. В течение годичного плавания врач Майер пришел к своему великому открытию. По его словам, на этот вывод его натолкнули наблюдения над изменением цвета крови у людей в тропиках. Проводя многочисленные кровопускания на рейде в Батавии, Майер заметил, «что кровь, выпускаемая из ручной вены, отличалась такой необыкновенной краснотой, что, судя по цвету, я мог бы думать. Что я попал в артерию». Он сделал вывод, что «температурная разница между собственным теплом организма и теплом окружающей среды должна находиться в количественном соотношении с разницей в цвете обоих видов крови, т.е. артериальной и венозной… Эта разница в цвете является выражением размера потребления кислорода или силы процесса сгорания, происходящего в организме»

Майер умер в 1878 г. Незадолго до смерти, в 1874 г вышло собрание его трудов по закону сохранения и превращения энергии под заглавием «Механика тепла». В 1876 г. вышли его последние сочинения «О торричеллиевой пустоте» и «Об освобождении сил».

Джоуль. Джеймс Прескотт Джоуль, манчестерский пивовар, родился в декабре 1818г. Он рано увлекся электрическими исследованиями и конструированием электрических приборов, которые описывал в специальном журнале. В 1841 г. он опубликовал статью о тепловом эффекте электрического тока, в которой установил, что количество теплоты, выделяемое током в проводнике, пропорционально квадрату силы тока.

Задолго до Джоуля аналогичные исследования были начаты петербургским академиком Э.Х.Ленцем, который опубликовал свою работу в 1843 г Ленц упоминает о работе Джоуля и считает, что хотя его результаты в «основном совпадают с результатами Джоуля», они свободны от тех обоснованных возражений., которые вызывают работы Джоуля.

Точность и обстоятельность опытов Ленца обеспечили признание закона, вошедшего в науку под названием закона Джоуля-Ленца.

В работе «О тепловом эффекте магнитоэлектричества и механическом эффекте теплоты» Джоуль сформулировал вывод, что теплоту можно создавать с помощью механической работы, используя магнитоэлектричество (электромагнитную индукцию), и эта теплота пропорциональна квадрату силы индукционного тока.

Механический эквивалент тепла, вычисленный Джоулем, равен 460 кгс м/ккал. Этот вывод приводит Джоуля к более общему выводу, который он обещает проверить в дальнейших экспериментах: «Могучие силы природы … неразрущимы, и …во всех случаях, когда затрачивается механическая сила, получается точное эквивалентное количество теплоты». Он утверждает, что животная теплота возникает в результате химических превращений в организме и что сами химические превращения являются результатом действия химических сил, возникающих из «падения атомов». Таким образом, в работе 1843 г. Джоуль приходит к тем же результатам, к которым ранее пришел Майер.

Во второй работе 1845 г. и в работе 1847 г Джоуль описывает многочисленные опыты с перемешиванием воды в калориметре. В 1850 г. он произвел новые классические опыты, из которых нашел значение механического эквивалента равным 424 кгс м/ккал.

Майер считал Джоуля одним из открывателей закона сохранения и превращения энергии. Джоуль умер в октябре 1889г.

Гельмгольц. Герман Фердинанд родился в 1821 г в семье потсдамского учителя гимназии. Он получил медицинское образование, и его диссертация была посвящена строению нервной системы. В этой работе 22-летний врач впервые доказал существование целостных структурных элементов нервной ткани, получивших позднее название нейронов. В 1845 г эскадронный хирург гусарского полка переехал в Берлин для подготовки к госэкзаменам на звание врача и здесь усердно занимается в домашней физической лаборатории Густав Магнуса. Здесь же молодые ученые во главе Магнуса и Мюллера организовали физическое общество. В него вошел и Гельмгольц. Здесь же стал издаваться журнал «Успехи физики».

В июле 1847 г. Гельмгольц сделал доклад «О сохранении силы». Подобно Майеру, он от физиологии перешел к закону сохранения энергии. Гельмгольц неоднократно признавал приоритет Майера и Джоуля.

В своем сочинении Гельмгольц в отличие от Майера уделяет главное внимание физике и лишь очень бегло и сжато говорит о биологических явлениях.. Именно это сочинение открыло дорогу Гельмгольцу к кафедре физиологии и общей патологии медицинского факультета Кенигсбергского университета, где он получил должность профессора. В 1855 г он переезжает в Бонн, затем – в Гейдельберг, где он много и упорно занимается физиологией зрения. Итогом этих исследований явилась знаменитая «Физиологическая оптика» Гельмгольца.

Здесь же Гельмгольц проводил классические исследования по скорости распространения нервного возбуждения, по акустике. Его первая книга «Учение о звуковых ощущениях как физиологическая основа акустики» вышла в 1863 г.

Наконец, вышли его классические работы по гидродинамике и основаниям геометрии.

С марта 1871 г. он становится профессором Берлинского университета, где создает физический институт, в который приезжали работать физики со всего мира. Принимает активное участие в организации Государственного физико-технического института – центра немецкой метрологии, первым президентом которого он становится. Умер Гельмгольц в 1894 г.

Разными путями шли открыватели закона сохранения и превращения энергии к его установлению. Майер сразу рассматривал его как глубокий всеобъемлющий закон и раскрывал цепь энергетических превращений от космоса до живого организма. Джоуль упорно и настойчиво измерял количественное соотношение теплоты и механической работы. Гельмгольц связал закон с исследованиями великих механиков 18 столетия.

Дата добавления: 2014-03-11; просмотров: 612; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!