Температура - Смородинский Я.А.
Скачать (прямая ссылка):
величественное здание современ-
5
ного естествознания, - история поучительная и интересная.
Учение о температуре - одна из глав этой истории. Автор благодарен акад.
И. К. Кикоину и проф. М. И. Каганову за замечания, которые они сделали
при обсуждении рукописи.
Я. Смородииский
ВВЕДЕНИЕ
Что такое теплота - знают все. Из школьного учебника известно, что
частицы в газах, жидкостях и твердых телах находятся в непрерывном
движении и что это движение воспринимается как тепло. Энергия движения
частиц, усредненная по их огромному числу, определяет температуру.
Все, что касается тепла, изложено в учебнике обычно столь ясно и просто,
что этот раздел физики кажется даже скучным.
Но теория тепла возникла не сразу. Очень долго не могли понять ни что
такое тепло, ни какая разница между температурой и теплом. Физика - наука
сравнительно молодая. Еще 200 лет назад законы природы представлялись как
разрозненные правила, выведенные из опыта и почти не связанные между
собой. Лишь механика могла соперничать с математикой своей строгостью и
стройностью. Только в механике умели выводить формулы, с помощью которых
можно было аккуратно рассчитывать машины. К механике приближалась по
строгости оптика (геометрическая оптика, как мы сейчас ее называем).
Остальные сведения о природе были собраны в две науки - физику и химию.
Физики стремились понять, что объединяет разные разделы науки о природе.
Одни из них считали, что все явления надо объяснять, опираясь на
механику, и 4fb все в природе состоит из мельчайших частиц: атомов,
монад, корпускул (как называли такие частицы в разное время). Другие
настаивали на том, что первичным в природе являются жидкости и что
Вселенная заполнена всепроникающей субстанцией - эфиром. Тепло также
считали одной из жидкостей, и теория теплорода была весьма популярной
основой учения о тепле.
Многие физики связывали тепло с движением молекул. Так, в частности,
думал Ломоносов. Но превратить
7
общие рассуждения в строгую науку было нелегко. Происходили удивительные
вещи, из наивных представлений о теплороде были выведены правильные
результаты. Понятие об атомах долго казалось не нужным для теории тепла.
Теперь все это кажется удивительным: как можно развивать науку о тепле,
не задавая вопросы о том, что это такое?
Науке о тепле и посвящена эта небольшая книга. Чтобы как-то ограничить
себя, автор в качестве темы выбрал температуру. В книге рассказано, как
появилось это понятие и как менялся его смысл по мере того, как ученые
все лучше и лучше понимали, что же происходит, когда мы нагреваем или
охлаждаем тело.
ГРАДУСЫ И ТЕМПЕРАТУРА
История о том, как научились измерять температуру, интересна и необычна.
Термометры были придуманы за много лет до того, как люди поняли, что
именно они измеряют.
Измеряя углы на небе, расстояния на Земле или даже время, люди знали, что
они делают. О температуре же этого сказать было нельзя. Температура
связана с весьма неопределенным понятием теплоты и холода, которые
располагались в сознании человека где-то рядом с запахом, вкусом. Но
запах и вкус почти не измеряли (по крайней мере точно). Никто не
спрашивал и никто не пытался определить, во сколько раз одно блюдо
вкуснее другого или на сколько запах сена отличается от запаха роз.
Теплые и холодные тела, с другой стороны, всегда можно было расположить в
один ряд и на ощупь установить, какое из двух теплее.
Человек с незапамятных времен знал, что когда два тела плотно
соприкасаются, то между ними устанавливается (как мы сейчас говорим)
тепловое равновесие.
Рука, опущенная в воду, оказывается нагретой (или охлажденной) до той же
степени, что и вода.
Печь нагревает воздух в комнате. Металлический стержень, нагреваемый с
одного конца, нагревается целиком. Всюду в природе существуют потоки
тепла. В этом естествоиспытатели давно видели проявление великих законов
природы.
8
О том, что такое потоки тепла, и что такое тепловое ргвновесие, и что
означает степень нагрева тела, были разные мнения.
Античные ученые и схоласты средневековья сопоставляли с теплом и холодом
свойства притяжения и отталкивания. Такое определение мало что могло
объяснить.
Наверное, древние врачи были первыми, кому понадобилась сравнительная и
притом довольно точная шкала теплоты тела. Они очень давно заметили, что
здоровье человека как-то связано с теплотой его тела и что лекарства
способны изменить это качество. Лекарствам приписывалось охлаждающее или
согреваюшее действие, и степень этого действия определялась градусами
(ступенями - по-латыни). Однако холод и тепло не были противоположными
качествами: тепло умерялось влажностью, а холод - сухостью. Великий врач
древности Гален-¦ он жил во II веке - учил, что лекарства следует
классифицировать по градусам: градус тепла, градус холода, градус
влажности, градус сухости. Итак, градусов было четыре, и каждый градус
еще разбивали на три части.
Лекарства смешивались между собой, и смеси имели разные градусы. "Смесь"
