Учение о теплоте. Поведение тел при нагревании
Статья - История
Другие статьи по предмету История
?ту, но в действительности сформулированному Фонтана (17301805) в 1779 г.
Первые тщательные измерения были выполнены в 1844 г. немецким физиком Эрнестом Густавом Магнусом (18021870). Он применял изолированный тремя слоями воздуха калориметр, в который вводились U-образные трубки с газом и воздушный термометр. Но наиболее фундаментальное исследование, выполненное новыми методами и с большим мастерством, было проведено Анри Виктором Реньо (18101878) и описано в его знаменитой работе "Сообщение об опытах, предпринятых по распоряжению министра общественных работ и по предложению Центральной комиссии паровых машин, с целью определения основных законов и численных величин, применяемых при расчете паровых машин", Париж, 1847. В этом большом труде Реньо ввел поправки в результаты Дюлонга и Араго и нашел значения давления водяного пара при температурах от 32 до 100 С и от 110 до 232 С.
Тепловым измерениям, представляющим интерес для практики, Реньо посвятил всю жизнь. Применяя новые методы, обеспечивающие ранее недостижимую точность, он повторял опыты предшествующих ученых. Его достойные восхищения тщательность и искусство экспериментатора позволили получить результаты, которые и сейчас, спустя столетие, относятся к разряду наиболее надежных. Помимо сказанного, следует напомнить об исследованиях Реньо по тепловому расширению твердых и жидких тел, сжимаемости воды, определению удельных теплоемкостей тел, измерению скорости звука в газах и термоэлектричеству. Существует мнение, что Реньо не хватало того творческого духа, который открывает новые пути в физике, однако внесенный им вклад в технику эксперимента и прикладную физику составил целую эпоху.
Сжижение газов
Опытный факт охлаждения вещества при испарении был известен издавна и даже практически использовался (например, применение пористых сосудов для сохранения свежести воды). Но первое научное исследование этого вопроса предпринял Джан Франческо Чинья и описал в работе 1760 г. "De frigore ex evaporationе" ("О холоде вследствие испарения").
Чинья доказал, что чем быстрее происходит испарение, тем интенсивнее остывание, а Меран показал, что если дуть на влажный шарик термометра, понижение температуры окажется больше, чем при таком же опыте с сухим шариком термометра. Антуан Боме (17281804) обнаружил, что при выпаривании серного эфира охлаждение происходит сильнее, чем при испарении воды. Основываясь на этих фактах, Тиберио Кавалло создал в 1800 г. холодильную машину, а Волластон построил в 1810 г. свой известный криофор, применяемый и в наше время. На основе этого прибора в 1820 г. был создан гигрометр Даниэля. Холодильная машина стала практически применимой лишь после 1859 г., т. е. после того, как Фернан Карре (1824 1894) опубликовал свой метод получения льда с помощью испарения эфира, впоследствии замененного аммиаком. В 1871 г. Карл Линде (18421934) описал созданную им холодильную машину, в которой охлаждение достигается за счет расширения газа. В 1896 г. он скомбинировал эту машину с противоточным теплообменником, описываемым в курсах физики, и это позволило ему получить жидкий водород. Достигнутые к тому времени физиками экспериментальные результаты начали внедряться в промышленность.
Проблема сжижения газов имеет вековую историю, берущую свое начало во второй половине XVIII столетия. Началось все с сжижения аммиака простым охлаждением, которое произвел ван Марум, серного ангидрида Монж и Клуэ, хлора Нортмор (1805 г.) и сжижения аммиака компрессионным методом, предложенным Баччелли (1812 г.).
Определяющий вклад в решение этой проблемы одновременно и независимо внесли Шарль Каньяр де Латур (17771859) и Майкл Фарадей (17911867).
В серии работ, опубликованных в 1822 и 1823 гг., Каньяр де Латур описал опыты, проведенные им для определения существования для жидкости (как это чувствуется интуитивно) некоторого предельного расширения, дальше которого независимо от приложенного давления вся она переходит в парообразное состояние. С этой целью де Латур положил в котел, заполненный на одну треть спиртом, каменный шар и начал постепенно разогревать котел. По шуму, производимому шаром, поворачивавшимся внутри котла, де Латур пришел к выводу, что при определенной температуре весь спирт испарился. Опыты были повторены с небольшими трубками; из трубок удалялся воздух, а затем они заполнялись на 2/5 исследуемой жидкостью (спирт, эфир, бензин) и нагревались в пламени. По мере увеличения температуры жидкость становилась все более подвижной, а граница раздела жидкости и пара все более нечеткой, пока при определенной температуре совсем не исчезала и вся жидкость казалась превратившейся в пар. Соединив эти трубки с манометром со сжатым воздухом, Каньяр де Латур сумел измерить давление, устанавливающееся в трубке в момент, когда исчезает граница раздела между жидкостью и паром, и соответствующую температуру. Вопреки бытующему представлению Каньяр де Латур не только не определил в этих опытах критическую температуру для воды, ему не удалось даже полностью испарить воду, потому что трубки всегда лопались раньше, чем достигался желаемый эффект.
Более конкретный результат содержали опыты Фарадея, проведенные в 1823 г. с загнутыми стеклянными трубками, более длинное плечо, которых было запаяно. В это плечо Фарадей помещал вещество, которое при нагреве должно было давать исследуемый газ, затем закрывал второе, короткое плечо трубки и погружал трубку в охлаждающую смесь. Если, проделав это, нагревать вещество в длинном плече трубки, то образуется газ, давлен