06-ж. Из истории термодинамики

      § 06-ж. Из истории термодинамики

В XVIII веке считалось, что одно тело теплее другого потому, что содержит больше теплорода – невесомого вещества, создающего ощущение тепла. Также считалось, что теплород нельзя ни создать, ни уничтожить: он только переходит от одних тел к другим, вызывая охлаждение первых и нагревание вторых. Однако в 1798 г. министр Баварии граф Б.Румфорд провёл знаменитый опыт, оставивший теорию теплорода лишь в пыли библиотек.

В те времена пушки изготавливали так. Из расплавленного металла отливали пушечные стволы, не оставляя внутри них канала для ядер. Его делали позже огромными сверлильными станками, приводившимися в движение лошадьми (см. рисунок). Румфорд заметил, что во время сверления стволы очень сильно нагреваются. Он предположил, что причина нагревания – трение сверла о пушечный ствол, то есть совершение механической работы.

Для проверки гипотезы (предположения) Румфорда было решено увеличить силу трения. Для этого взяли тупое сверло, а пушечный ствол поместили в бочку с водой. Спустя два с половиной часа, к изумлению свидетелей этого грандиозного опыта, вода закипела!

В опыте Румфорда канал в пушечном стволе высверливали тупым сверлом. В результате выделялось большое количество теплоты. Оно было столь большим, что заставлявляло кипеть воду в бочке.

Из опыта Румфорда следовало по крайней мере два вывода. Либо теплород можно «изготавливать» в неограниченных количествах (и тогда это приведёт к переделке всей теории теплорода), либо нагревание тел объясняется не теплородом, и его не существует вообще. Дальнейшее развитие науки подтвердило правильность именно второго вывода – при совершении работы силой трения возникает некоторое количество теплоты.

К концу XVIII века учёные научились измерять и работу, и количество теплоты. Поэтому возникало много вопросов. Если сила трения будет совершать 1 Дж работы над различными веществами (сталью, медью, водой и так далее), то одинаковое ли количество теплоты выделится при этом? Если одинаковое – то сколько именно? Если разное, то от каких причин зависит выделение тепла? Были и многие другие вопросы. Поэтому для дальнейшего развития теории тепловых явлений потребовались новые экспериментальные данные.

В опыте Джоуля опускавшаяся гиря вращала мешалку внутри калориметра с жидкостью. Целью опыта было сравнить убыль механической энергии гири с возрастанием внутренней энергии жидкости. Выяснилось, что эти величины равны друг другу.

Спустя полвека, в 1850 г. манчестерский пивовар Д.Джоуль дал ответы на все вопросы. Его экспериментальной установкой стал калориметр с погружённой в него мешалкой, которая приводилась во вращение опускавшейся гирей (см. рисунок). Трение лопастей мешалки о воду или ртуть, которыми заполнялся калориметр, приводило к их нагреванию. Это измеряли термометром.

Сила тяжести, опуская гирю, совершала работу A = F · l = mg · h. Возникавшее при трении количество теплоты подсчитывали по основной калориметрической формуле Q=cmΔt°.

Джоуль многократно повторял этот опыт при различных условиях: менял количество воды, заменял её ртутью и другими веществами, менял массу гири, высоту её поднятия и так далее. Однако вывод был всегда тот же: совершение силой трения скольжения 1 Дж механической работы приводит к возникновению теплоты в количестве 1 Дж. Этот неоспоримый факт стал экспериментальным подтверждением закона сохранения энергии.

Закон сохранения энергии лёг в основу термодинамики – новой для того времени теории тепловых явлений. С тех пор она существенно расширилась и превратилась в теорию о взаимопревращениях работы и энергии: тепловой, химической, электрической, атомной (ядерной) и так далее. В таком виде термодинамика существует и по сей день.

Источник

Не можешь написать работу сам?

Доверь её нашим специалистам

50 000авторов
от 100 р.стоимость заказа
2 часамин. срок
Узнать стоимость

Поделитесь с другими:

Если материал понравился Вам и оказался для Вас полезным, поделитесь им со своими друзьями!

Читать по теме:

Интересные статьи:

  • Основным тригонометрическим тождеством в русскоязычных учебниках математики называют соотношение sin 2 ⁡ α + cos 2 ⁡ α = 1
  • С помощью закона сложения скоростей определяется скорость материальной точки относительно неподвижной системы отсчета.
  • Сколько километров в узле?
    Один морской узел равен одной тысяче восемьсот пятьдесят двум метрам или одному километру восемьсот пятьдесят двум метрам
  • Что такое баррель. Чему равен 1 баррель в литрах?
    Американский нефтяной баррель равен 42 галлонам в английской системе мер или 158,988 л в метрической системе.
  • Сила взаимодействия двух неподвижных точечных электрических зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению их модулей и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
  • Что такое Ом
    1 ом представляет собой электрическое сопротивление между двумя точками проводника, когда постоянная разность потенциалов 1 вольт, приложенная к этим точкам, создаёт в проводнике ток 1 ампер, а в проводнике не действует какая-либо электродвижущая сила.
  • Что такое лошадиная сила
    Лошадиная сила — единица мощности. Она примерно равна значению в 75 кгс/м/с., что соответствует усилию, которое необходимо затратить для подъёма груза в 75 кг. на высоту одно метра за одну секунду.
  • Сколько метров в километре?
    В одном километре содержится тысяча метров. 1 км = 1000 м