Учение о теплоте. Поведение тел при нагревании
Статья - История
Другие статьи по предмету История
ность при температуре 41 F и что при изменении температуры от 41 до 32 F ее расширение такое же, как и при нагреве от 41 до 50 F. Эти эксперименты были повторены в 1804 г. Румфордом, в 1805 г. Томасом Хоупом (17661844), а затем воспроизводились в течение всего столетия. В 1868 г. Франческо Россетти (18331881) установил максимум плотности между 4,04 и 4,07 С, в 1892 г. Карл Шеель (18661936) нашел, что он лежит при 3,960 С, а Хаппиус через год после этого установил значение 3,98 С. Температура в 4 С, которой, согласно всем учебникам физики, соответствует максимум плотности воды, представляет собой округленную и потому несколько условную величину.
Влияние температуры на период колебаний маятника, на которое еще в 1670 г. указал Пикар, было в 1726 г. скомпенсировано лондонским изготовителем хронометров Джорджем Грехемом (16751751) с помощью известной системы стержней из различных металлов, различающихся по коэффициенту теплового расширения. В 1765 г. Джон Гаррисон (16931776) ввел метод компенсации для карманных часов, основанный на том, что пара пластин из различных металлов, наложенных одна на другую и спаянных, при изменении температуры выгибается.
Из многочисленных применений явлений и законов теплового расширения твердых и жидких тел, рассматриваемых в курсах физики, мы упомянули компенсаторы маятников потому, что их идеей руководствовался французский конструктор Абрам Луи Бреге (17471823) при создании своего известного быстродействующего биметаллического термометра (1817 г.), который и сейчас оказывает большую услугу физике, особенно как регистрирующий термометр (термограф).
Тепловое расширение газообразных веществ
Исследования теплового расширения воздуха, проведенные Амонтоном, были продолжены многими другими физиками XVIII века (Делягиром, Станкари, Хоксби, Соссюром, Делюком, Ламбертом, Монжем, Бертоле, Вандермондом и др.), но их данные находились в удручающем несоответствии друг с другом. Одни приходили к выводу, что воздух расширяется равномерно, другие что неравномерно, и на все это накладывалась путаница представлений, о которой мы говорили в начале предыдущего параграфа. Между сторонниками первого утверждения расхождение также было очень велико, как видно из основополагающей работы Вольты (1793 г.): значения величины расширения при нагреве на один градус стоградусной шкалы, даваемые различными экспериментаторами, лежали в диапазоне от 1/85 у Пристли до 1/235 у Соссюра. Длинное заглавие работы Вольты указывает на важный вывод, к которому пришел автор: "О равномерном расширении воздуха на каждом градусе тепла, начиная с температуры таяния льда и вплоть до температуры кипения воды, и о том, что часто обусловливает кажущуюся неравномерность расширения, приводя к увеличению ошибок измерения объема воздуха".
Вольта показал, что расхождение между экспериментальными данными, как предполагал еще Станкари, обусловлено тем, что предшествующие экспериментаторы работали не с сухим воздухом, а с влажным и наличие паров воды искажало ход явления. Вольта пользовался воздушным термометром, причем ему пришла в голову счастливая мысль изолировать объем воздуха столбиком льняного или оливкового масла, предварительно хорошо, прокипяченного. После многочисленных тщательных экспериментов, сопровождавшихся параллельными контрольными опытами с влажным воздухом, Вольта пришел к следующему утверждению: "При нагреве на каждый градус термометра Реомюра объем воздуха увеличивается приблизительно на 1/216 объема, занимаемого воздухом при нуле градусов; таким образом, воздух испытывает одинаковое увеличение объема как в самом начале, вблизи температуры таяния льда, так и при приближении к точке кипения воды".
Найденное Вольта значение коэффициента расширения равно, таким образом, 1/270 = 0,0037037 на градус Цельсия.
Однако работа Вольты была опубликована в "Annali di chimica" журнале, который имел весьма ограниченное распространение, и поэтому была мало известна в научных кругах, да и сам Вольта не старался ее распространить, по-видимому, потому, что в те годы был поглощен своей полемикой с Гальвани.
Гей-Люссаку (17781850) явно не была известна эта работа Вольты, когда в 1802 г. в своей ставшей потом классической работе он предпринял исследование теплового расширения газов. Из исторического введения к этой статье следует, что пятнадцатью годами раньше исследования этого вопроса были без какой бы то ни было публикации предприняты Жаком Шарлем (17461823). Шарль прославился в свое время тем, что первым поднял в воздух в 1783 г. близ Парижа воздушный шар, наполненный водородом (новым газом, открытым Кавендишем в 1776 г.), а не горячим воздухом, который применяли братья Монгольфье в 1773 г.
Судя по этой работе Гей-Люссака, Шарль нашел, что кислород, азот, углекислый газ и воздух расширяются одинаково в интервале температур между 0 и 100 С. Гей-Люссак дополнил и обобщил работу Шарля и пришел к следующему фундаментальному утверждению: "Если полное увеличение объема разделить на число градусов, вызвавших это увеличение, то есть на 80, то мы получим, принимая объем при нулевой температуре равным единице, что увеличение объема на каждый градус составляет 1/213,33, или 1/266,66 на каждый градус стоградусной шкалы".
По существу здесь речь идет об исследованиях, отличающихся от упомянутых ранее исследований Вольты. Вольта показал, что воздух расширяется равномерно (если пользоваться ртутной шкалой), тогда как Гей-Люссак доказал, что для всех газов полное расширение в интервале температур от 0 до 100 С одинаково, и,