8.12.4.Термодинамика

Исследование паровых машин привело к разработке основных начал термодинамики – науки, изучающей законы теплового равновесия и превращения теплоты в другие виды энергии. Карно указывал, что полезная работа в паровых машинах может быть получена только при переходе тепла от более нагретого к телу более холодному. Для того чтобы передать тепло от холодного тела к более нагретому, необходимо затратить работу. Сущность второго начала термодинамики, по Клаузиусу, заключается в том, что теплота не может сама по себе перейти от более холодного тела к более теплому. Клаузиус впервые ввел понятие энтропии – одну из основных термодинамических величин.

Важнейшее значение для развития техники имело открытие первого закона термодинамики, согласно которому количество теплоты, сообщенное материальной системе, равно сумме прироста внутренней энергии системы и количества произведенной ею работы.

Закон сохранения и превращения энергии был сформулирован выдающимся немецким ученым Р. Майером. Этот закон в 1841 г. Р. ер впервые изложил в своем труде «О количественном и качественном определении сил». Закон сохранения и превращения «сил», по Р. еру, заключается в том, что движение, теплота, электричество, химические процессы и т.п. являются качественно различными формами «сил», превращающихся друг в друга при неизменных количественных соотношениях.

8.12.5.Электричество, магнетизм

С начала XIX в. в центре изучения становится электрический ток. Этому способствовало открытие гальванических элементов. А. Вольт в 1800 г. изобрел вольтов столб – первый источник постоянного тока. Крупнейший для своего времени вольтов столб был создан в 1802 г. В. Петровым. Этот столб состоял из 4200 медных и цинковых кружочков и позволял получить электродвижущую силу около 1700 вольт. В своих работах он показал возможность применения электрической дуги для освещения, плавки и сварки металлов, а также восстановления металлов из окислов.

В. Петрову принадлежат открытие зависимости силы тока от площади поперечного сечения проводника, исследование разряда в вакууме и установление зависимости электрических явлений от популярности и формы электродов, расстояния между ними, а также от степени разряжения воздуха.

В 1821 г. Т. Зеебек открыл явление термоэлектричества, названное им термомагнетизмом. В цепи, состоящей из разнородных металлов, возникает электродвижущая сила, если температура мест соединений или спаев этих металлов различна. Г. Ом установил основной закон электрической цепи, связывающий сопротивление цепи, электродвижущую силу и силу тока.

В 1841 г. Джоуль установил закон, определяющий количество тепла, выделяющегося в проводнике при прохождении через него электрического тока. Закон взаимодействия токов был открыт А. Ампером. Для объяснения магнитных свойств веществ А. Ампер предложил гипотезу, согласно которой магнит состоит из громадного числа элементарных магнитиков – кольцевых электрических токов. А. Ампер создал первую теорию магнетизма, в которой он сводит явления магнетизма к электричеству.

В 1831 г. Фарадей открыл явление электромагнитной индукции. Важной заслугой Фарадея является установление им в 1833-1834 гг. основного количественного закона электролиза – закона электрохимической эквивалентности. В 1836 г. он открыл магнитное вращение плоскости поляризации, установив связь между светом и электромагнитными явлениями. Фарадей открыл и явление диамагнетизма. Он стремился вложить физическое содержание в представление об электрическом или магнитном поле.

Дж. Максвелл разработал теорию электромагнитного поля. Физическая гипотеза Дж. Максвелла заключалась в том, что магнитное поле создается не только в результате движения зарядов по проводникам, но и любым изменениям электрического поля. Закон, установленный Дж. Максвеллом, связывал скорость изменения в данном месте электрического поля с напряженностью создаваемого этим изменениям магнитного поля и наоборот.

Э. Ленцу принадлежит первое количественное исследование электромагнитной индукции. Ему удалось установить:

1. пропорциональность электродвижущей силы, индуцируемой в обмотке якоря, числу витков;

2. ее независимость от диаметра витков, материала, из которого сделана проволока, и ее толщины;

3. применимость к индукционным токам закона Г. Ома.

Более глубокое значение имело приложение этого же метода к измерению магнитных величин, осуществленное в совместных исследованиях Э. Ленца и Б. Якоби (1838-1844 гг.) по изучению электромагнитов, предпринятых в связи с проектом применения электродвигателя на флоте.

В 1846 г. Э. Ленц подошел к вопросу о зависимости силы генерируемого в машине тока от скорости вращения машины и открыл явление реакции якоря. Он показал, что если положение щеток соответствует действительному положению нейтрали, то электродвижушая сила и ток возрастают пропорционально увеличению скорости вращения, и при увеличении активного сопротивления внешней цепи электродвижущая сила почти не меняется. В 1836 г. в поисках наилучшей конструкции гальванической батареи Б. Якоби сделал открытие, положившее начало новой отрасли электротехники – гальванопластике.