ТеплоЗакон сохранения механической энергии с учетом теплаКарно закладывает основы термодинамики Новый взгляд на тепло с учетом открытия атомов Особенности теплоты жидких и твердых тел Первые количественные измерения тепла, изобретение термометра Работы Джоуля Разграничение понятий теплота и температура, особенности перехода тепла от более горячего тела к более холодному Ртутный термометр и его использование в медицинских целях Свободная энергия, переход энергии в тепло Торжество и опровержение теплородной теории тепла Химическая энергия и химическая термодинамика Шкала Цельсия До сих пор мы обходили стороной очень важное явление, которое обычно сопровождает свет в нашей повседневной жизни. Почти любой светящийся объект — от звезд до свечи — наряду со светом излучает и тепло. Долгое время количественных измерений тепла не проводили. Обычно человек ограничивался простой констатацией факта: «Горячо!», «Холодно!» или «Здесь теплее, чем там!». Для количественной оценки тепла прежде всего нужно было выбрать параметр, изменяющийся равномерно с ростом температуры. Одним из таких процессов является расширение веществ при нагревании и сжатие при охлаждении. Первым это явление на практике использовал Г. Галилей. В 1603 году он поместил стеклянную трубку, заполненную горячим воздухом и запаянную с одного конца, в сосуд с водой. По мере охлаждения воздух в трубке сжимался и трубка заполнялась водой; так появился первый термометр (от греческого слова «измеряющий тепло»). С ростом комнатной температуры воздух в трубке расширялся, вытесняя воду и сдвигая ее уровень. Главная проблема заключалась в том, что трубка находилась в открытом водном бассейне, который подвергался переменному атмосферному давлению. Поэтому даже при постоянной температуре уровень воды в трубке колебался, что мешало точным измерениям. Тем не менее этот термометр стал первым значительным научным прибором, выполненным из стекла. В 1654 году герцог Тосканы Фердинанд II усовершенствовал термометр, добившись независимости от атмосферного давления. Для этого он поместил жидкость в запаянную с двух сторон трубку с шариком на конце. А в качестве указателя температуры использовалась сама окрашенная жидкость, объем которой по мере нагрева или охлаждения изменялся; благодаря достаточному по размеру резервуару с жидкостью и соединенному с ним узкому каналу даже небольшие изменения объема теперь стали хорошо заметны. В то же время этой проблемой много занимался и английский физик Р. Бойль, который первым обнаружил, что человеческое тело поддерживает постоянную температуру, которая заметно выше обычной комнатной температуры. Другие исследователи установили, что те или иные физические явления всегда происходят при определенной температуре. Например, в конце XVII столетия уже знали температуру замерзания и кипения воды. Первыми жидкостями, которые использовали в термометрах, были вода и спирт. Но поскольку вода замерзала при относительно высокой температуре, а спирт, напротив, слишком быстро закипал, французский физик Г. Амонтон предложил использовать ртуть. В его приборе, аналогично термометру Галилея, расширение и сжатие воздуха вызывало подъем и спуск ртутного столбика. В 1714 году немецкий физик Г. Фаренгейт, наконец, объединил конструкции тосканского герцога и французского физика, наполнив трубку ртутью и приняв ее уровень за указатель температуры. В качестве нуля он взял минимальную температуру, которой ему удалось добиться в лабораторных условиях, смешивая снег с солью. Далее, температуре плавления чистого льда он присвоил значение 32, а температуре кипения воды 212. Такой выбор давал два важных преимущества. Во-первых, температурный интервал между точками замерзания и кипения воды составил ровно 180°, что было удобно с точки зрения привычного геометрического представления об этой единице. (Ведь именно столько градусов в полукруге.) Кроме того, нормальная температура человеческого тела по шкале Фаренгейта равнялась почти 100° (точнее, 98,6°).
|
|
|