Развитие представлений о природе теплоты
Информация - Физика
Другие материалы по предмету Физика
?й шаг состоял в том, чтобы выяснить, существует ли какое-нибудь количественное соотношение между теплотой и механической энергией. Для проведения таких исследований требовалось, однако, значительно больше информации. Нужно было знать тепловые свойства материалов, в частности знать, насколько повышается температура различных материалов при подведении к ним тепла. Это свойство выражается так называемой удельной теплоемкостью количеством тепла, которое требуется, чтобы повысить температуру единицы массы на один градус.
Рис.3 Георг Рихман Рис.4 Дюлонг Пьер Луи
Исследования по калориметрии начались еще тогда, когда не было выяснено, что теплота имеет две меры: температуру и количество теплоты, еще не существовало понятие теплоемкости и т. д. Именно в процессе развития прежде всего калориметрических исследований и сформировались эти основные понятия теплофизики. Первые исследования по калориметрии, давшие существенные результаты, принадлежат петербургскому академику Георгу Рихману (1711 1753). В 1744 г. Рихман установил формулу для температуры смеси. Он полагал как само собой разумеющееся, что если теплота, распределенная в какой-либо массе жидкости, затем распределяется в такой же жидкости, имеющей массу в k раз большую, то температура при этом уменьшается в k раз. Из этого предположения следует, что если имеется масса m жидкости, в которой распределена теплота температуры t, а затем эта же теплота распределяется в массе т такой же жидкости, то температура последней равна:
V = mt/ т.
В общем же случае температура смесей масс жидкостей m1 и m2 m3 имеющих соответственно первоначальные температуры t1 и t2 t3 определяется формулой :
Хотя Рихман уже интуитивно чувствует, что для тепловых явлений следует различать две величины температуру и количество теплоты, тем не менее он еще не разделяет их. Рихман использовал термин теплота и в смысле температуры, и в смысле количества теплоты, хотя употреблял и термин температура.
Вопрос о распределении теплоты между неоднородными телами был более сложным. Опыты по определению температуры смеси двух разных жидкостей проводились еще до исследования Рихма на. Так, например, Бургаве измерял температуру смеси воды и ртути, имеющих первоначально разные температуры. Но как в общем случае распределяется теплота при тепловом контакте различных тел, было еше не ясно. Высказывались некоторые догадки, предполагалось, что теплота распределяется равномерно объему. Однако вскоре выяснилось, что этот вопрос решается так просто. Исследования привели к возникновению понятия удельной теплоемкости и выявили, что эта величина не имеет простой связи ни с каким свойством того или иного вещества. Были измерены удельные теплоемкости ряда веществ.
Первые измерения удельной теплоемкости произвел Блэк (17281799); его работа опередила эксперименты Румфорда и Дэви, но так как Блэк излагал свои идеи главным образом на лекциях, они были полностью опубликованы лишь после его смерти. Дэви был смелее Румфорда и высказал предположение, что теплота это своеобразное, вероятно, колебательное движение мельчайших частиц тел. Его ответ был правильным. Насколько редко встречаются такие люди! Блэк со своим сотрудником Мартином налил равные объемы воды и ртути в одинаковые сосуды, поместил их на равных расстояниях от огня и наблюдал за скоростью повышения температуры воды и ртути. Блэк был в полной уверенности, что температура ртути будет повышаться медленнее, чем воды, так как масса ртути в 13,5 раза больше. Представьте себе его удивление, когда он увидел, что температура ртути повышалась вдвое быстрее. Блэк обнаружил, что ртуть имеет малую удельную теплоемкость примерно 1/27, или 0,037 удельной теплоемкости воды; как мы теперь знаем, это значение равно 0,033.
Важным было открытие теплоты плавления. Оно было сделано английским ученым Джозефом Блэком (17281799). Еще в 50-х годах он установил, что если взять определенную массу льда при температуре его плавления и такую же массу воды при температуре примерно 80С, то в результате смешивания весь лед растает, а температура воды станет равной первоначальной температуре льда (т. е. 0С). Отсюда он сделал вывод, что на процесс таяния льда затрачивается определенное количество теплоты, хотя температура его при этом не изменяется. Теплота поглощается водой, образовав шейся из льда. Эта теплота была названа Блэком скрытой теплотой. Блэк также открыл существование скрытой теплоты парообразования.
Проводились исследования распределения теплоты между телами из различных веществ при тепловом контакте. В результате воз никло понятие о теплоемкости и удельной теплоемкости. Были проведены измерения удельных теплоемкостей ряда твердых и жидких тел. При этом совершенствовалась техника калориметрических исследований, были сконструированы простейшие калориметры Постепенно выяснялся и вопрос о мерах теплоты и о различии понятий температуры и количества теплоты. Блэк уже в 1753 г. в своих лекциях специально подчеркивал:
Когда мы говорим о распределении теплоты, всегда нужно различать количество теплоты и силу теплоты и не смешивать эти две величины
Развитие калориметрических исследований было связано с представлением о сохранении количества теплоты при ее распределении между т?/p>