Энергия. Становление теории теплоты

Лекция 8

«Теория производит тем большее впечатление, чем проще ее посылки, чем различнее явления, между которыми она устанавливает связь, чем обширнее область ее применения. Отсюда глубокое впечатление, которое произвела на меня % термодинамика,. Она - единственная физическая теория универсального содержания, относительно которой я убежден, что в пределах применимости ее основных понятий она никогда не будет опровергнута.» А. Эйнштейн

В течении длительного времени считалось, что применение термодинамики ограничивается-различными техническими устройствами. Успехи физики низких температур (сверхпроводимость, сверхтекучесть), открытие явлений магнитного резонанса и когерентного усиления излучения (лазеры и мазеры) послужили мощным стимулом к исследованиям по статистической термодинамике. Особый интерес вызывает понятие энтропии, введенное Р.Клаузисом и развитое Л.Больцманом, которое играет универсальную роль. Энтропия является одним из фундаментальных понятий в одном ряду с энергией.

Энергия — это универсальная мера любых формдвижения материи. Понятие «огонь», «свет»,«теплород» встречались еще в Древней Греции. В 17в. Пьер Гассенди теплоту и холод трактует как разные виды материи, причем атомы холода являются острыми, а атомы тепла круглыми.

Учение о тепловых явлениях начинает развиваться только в середине 18 века. Толчком для этого явилось изобретение термометра (Галилей) и его модернизация (Амонтон, Гук, Фаренгейт, Цельсий, Реомюр, Делиль, Г юйгенс).

Все эти исследования не разделяли температуру и теплоту, которые являлись мерой сгущения теплорода.

Рис. 2. Эффект Мейснера в шаре из сверхпроводника: три Т>Т_С (шар в «нормальном» состоянии) силовые линии магнитного поля проникают в сверхпроводник; при Т<Т_С (шар в сверхпроводящем состоянии) магнитное поле полностью выталкивается из шара.

Теплород — вещественная причина жара, тепла и холода, непостижимо тонкая жидкость, изливающаяся из Солнца и проникающая во все тела физического мира, невидимая, невесомая и только ощущением ощущаемая.- «Теплородная или вещественная теория тепла». Единица измерения теплоты - «калория» в переводе на русский означает теплород.

Существовала и другая точка зрения, которая связывала тепловые явления с движением атомов, из которых состоят тела «кинетическая или корпускулярная теория теплоты». Ее придерживались: Ф.Бекон, И.Ньютон, Р.Декарт, Д.Бернулли, Р.Бойль, М.Ломоносов, Л.Эйлер.

Однако господствующей в течение столетия была субстанциональная (вещественная, теплородная) теория теплоты. Смертельный удар был нанесен опытами Б.Румфорда. Так же, как и теория флогистона была опровергнута А. Лавуазье, так и теория теплорода после опытов по сверлению пушек потерпела первое поражение.

Благодаря М. Ломоносову в России было много сторонников кинетической теории теплоты.

После экспериментального подтверждения сохранения теплоты при теплообмене был сделан неверный вывод о сохранении (неуничтожимости) теплорода.

Понятие энергии еще не было введено.

К концу 18 в. теплородная теория теплоты

начала сталкиваться с трудностями и к середине 19 в. потерпела полное поражение так, как:

1. опыты показали, что тепловой жидкости нет;

2. при совершении работы паровыми машинами пар охлаждается и теплота исчезает;

3. источник тепла неисчерпаем, поэтому он не может быть материальной субстанцией;

Теплород не существует, а теплота - есть движение.

Нагревание тела связано с увеличением его энергии.

Установлено, что теплота — особая и единственная в определенном смысле форма энергии.

Немецкий ученый Ю.Майнер в 1842 г. сформулировал закон эквивалентности работы и теплоты, те. закон сохранения энергии.

Немецкий ученый, пивовар Д.П.Джоуль опытным путем установил механический эквивалент тепла, равный 427 кГс м /ккал.

Установлено, что механическая и тепловая энергии - две формы энергии из большого числа ее форм. Значительный вклад в развитие теории тепловых явлений внесли: немецкий физик Р.Клаузиус, английский естествоиспытатель Д. Максвелл, австрийский ученый Я Больцман и др.

В 18 - 19 вв. были установлены два, как тогда полагали, независимых друг от друга закона сохранения: закон сохранения массы и закон сохранения энергии, в соответствии с которыми масса и энергия изолированной системы неизменны.

Это способствовало развитию двух методов исследования: термодинамического и статистического (молекулярно - кинетического).

Первое строгое определение энергии дал в 1853 г. англ. ученый У.Томсон (лорд Кельвину) «Энергия материальной системы в определенном состоянии есть измеренная в единицах механической работы сумма всех действий, которые производятся вне системы, когда она любым способом переходит из этого состояния в произвольно выбранное нулевое состояние».

Более широкое определение дал Ф.Энгельс: «Энергия это общая скалярная мера различных форм движения материи»

Все виды энергии превращаются в тепло и рассеиваются в ОС. Чем больше рассеивается, деградирует энергия, тем больше растет величина энтропии.

Энтропия – мера рассеяния энергии.

Дата добавления: 2014-01-20