Температура - Смородинский Я.А.
Скачать (прямая ссылка):
установлена в опыте Джеймса Джоуля (1873 г.), давшего количественную
связь между работой и теплом. Джоуль показал, что, размешивая мешалкой
жидкость и нагревая ее таким образом, надо тратить 460 кГм работы на
каждую большую калорию, полученную жидкостью *). Несколько раньше Джоуля
эту же величину, но с меньшей точностью (365 кГм/ккал) вычислил Роберт
Майер, использовав результаты опытов Гей-Люссака по расширению газов в
пустоту.
Теперь модель неуничтсжакщсйсн жидкости, теплорода, стала помехой для
дальнейшего развития теории и быстро ссшла со сцены. Бы/а еще одна
трудность, которую встретила модель теплсрода. Если теплород - это род
жидкости, которая совершает работу при перетекании от более высокого
уровня (от более высокой температуры) к более низкому, то нельзя было
понять, что происходит в неоднородно нагретсм теле в прсцессе вы-
*) В другой серии опытов Джоуль получил значение 423 кГм,
22
равнивания температуры. Куда девается работа, которая должна возникнуть
при перетекании теплорода.
Теплопроводность представляли себе в то время как некоторое волновое
движение внутри тела, которое передается также от одного тела к другому.
Но даже если не обращать внимания на "пропажу" работы, такая картина не
могла объяснить, как передается тепло через вакуум - например, от Солнца
к Земле. Говорили о колебаниях эфира, но получить из таких представлений
сколько-нибудь убедительную теорию было нельзя. Теория теплорода явно
терпела одну неудачу за другой.
О том, что теплота связана с движением, говорили многие
естествоиспытатели. Высказывания по этому поводу можно найти у многих.
Писал об этом Декарт Даниил Бернулли пытался вывести формулу для давления
газа-.
Особого упоминания заслуживает английский физик Гук. У нас в памяти он
сохранился в основном как автор закона Гука в теории упругости.
Гук был одним из замечательнейших ученых XVII века. Ученик Бойля, он
оказывал своими идеями большое влияние на учителя. По-видимому, Гук знал
о законе всемирного тяготения независимо от Ньютона (об этом законе
говорил и нх современник Врен). Он много занимался оптическими явлениями.
Гук очень ясно говорил о связи между теплотой и движением - колебаниями
частиц в нагретом теле. Но, высказывая блестящие гипотезы, он не умел их
проверить, не умел перевести свои идеи на язык математики. Поэтому
открытие закона всемирного тяготения стало подвигом Ньютона, поэтому имя
Гука не упоминается п среди основателей теории тепла.
Правильные идеи, как мы уже говорили, высказывал Ломоносов. Многие
философы (так же как Гиббс и Локк) гозорили о теплоте как о движении.
Стоит упомянуть и о том, что Локк, по-видимому, первый (около 1700 г.)
писал о максимальной степени холода, которая "...означает прекращение
движения неосязаемых частиц...". Но и философы не могли превратить
неопределенные высказывания в физическую теорию, которую можно было
проверить на опыте.
Дальше всех продвинулся Максвелл. Кинетическая теория тепла, созданная
Максвеллом, позволила понять тепловые явления на оскоЕе классической
механики.
23
В работе Максвелла появилась формула для распределения движущихся частиц
по скоростям; формула позволяла вычислить постоянные, характеризующие
свойства тел, - такие, как теплопроводность и вязкость газа, и установить
их зависимость от температуры.
Подобно Ньютону, создавшему небесную механику, Максвелл положил начало
статистической физике (или, как ее называли в прошлом веке, кинетической
теории газов).
Но и у Максвелла были предшественники.
Первая формула новой теории тепла была получена задолго до Максвелла. Но,
как это бывает с "преждевременными" открытиями, ее мало кто заметил. В
дальнейшем еще будет рассказано о работах Ватерстона. Сейчас же надо
вернуться к термометру и температуре.
ТЕМПЕРАТУРНАЯ ШКАЛА
Во всех приборах, которые были придуманы в XVIII веке, измерение
температуры сводилось к измерению длины столбика воды, спирта или ртути.
Можно было, конечно, сделать два одинаковых термометра и добиться того,
чтобы их показания были всегда одинаковыми. Но термометры работали только
в ограниченном интервале температур. Наполняющие их вещества замерзали и
кипели, и этими термометрами нельзя было измерять очень низкие или очень
высокие температуры. Кроме того, полезно было знать соотношение между
градусами в разных местах шкалы. Измеряя количество тепла, которое
требуется для нагревания какого-то тела на один градус, например, при
комнатной температуре и при 1000°, нельзя было понять соотношение между
градусами в этих точках. Перед зарождающейся термометрией возникли две
задачи. Надо было, во-перзых, установить "опорные" точки - условия,
которым бы соответствовали какие-то выбранные точки на шкале термометра,
в частности начало отсчета этой шкалы,-и, во-вторых, придумать такое
определение градуса, которое не зависело бы от конкретного термометра и
могло бы быть использовано для построения шкалы в любом месте Земли и в
