книги из ГПНТБ / Кричевский, И. Р. Термодинамика для многих
.pdfния (без изменения температуры), а затем теплоту для нагрева образовавшейся воды от температуры плавле ния льда до конечной температуры. Задача логически решена, и остаются несложные вычисления.
Открытие Влеком скрытой теплоты испарения идейно тесно связано с открытием скрытой теплоты плавления.
Блек похоронил представление, что термометр изме ряет крепость смеси из материи и теплорода. Недаром сказано: «Гораздо легче измерять, чем точно знать, что измеряется». Блек отделил понятие температуры от понятия теплоты. Температуру теперь рассматривают как свойство системы, от которого зависят условия тер мического равновесия, внутреннего и внешнего. Темпе ратура определяет условия наступления термического равновесия. При непосредственном контакте двух систем с различными температурами1 более высокая температура понижается, а более низкая температура повышается. При таком контакте теплота переходит от системы с более высокой температурой к системе с более низкой температурой. Так характеризовал темпе ратуру выдающийся английский физик Дж. К. Макс велл (1831—1879).
Термохимия. Открытия Блека — триумф теории теплорода. Они сохранят все свое первостепенное зна чение и после падения этой теории, но будут иначе истолкованы.
Блек был практикующим врачом. Задолго до Блека и долго после него для развития термодинамики много делали врачи. Специальность врача располагала к само стоятельным наблюдениям и выводам. Новый триумф теории теплорода опять был обязан врачу, русскому
академику Г. И. Гессу (1802—1850).
Блек, а вслед за ним и другие исследователи исполь зовали скрытую теплоту для целей калориметрии, т. е. для измерения количества теплоты. Количество тепло-
59
XIX в. «Если образуется соединение, то количество выделившейся теплоты является постоянным, незави симо от того, образуется ли соединение непосредственно или через промежуточные соединения», — писал Гесс. Вывод закона Гесса явно опирается на положение, что количество теплоты не изменяется.
Трудно переоценить значение закона Гесса для химической термодинамики. Прямое измерение количе ства теплоты (теплового эффекта) при протекании огромного большинства химических реакций составило бы крайне сложную, едва ли выполнимую эксперимен тальную задачу. Закон Гесса позволяет заменить пря мое измерение несравненно более простыми измерени ями на обходных путях (рис. 10).
Успехи теории теплорода были велики. Но объясне ний всем известным явлениям эта теория или не давала, или давала с большой натяжкой. Рассказ об этих явле ниях в главе IV.
i (V
Адиабнтичесъ
Исследователи обнаружили переходы теплоты (скры той теплоты), которые не сопровождались изменениями температуры тела. Другие опыты показали, что тем пература тела может измениться и без перехода тепло ты. Подобный процесс был в середине XIX в. назван адиабатическим (греческое слово adiabatos — неперехо дящий). Теория теплорода столкнулась с большими, порой непреодолимыми трудностями при объяснении адиабатических процессов. Эта теория умерла в 40-х годах XIX столетия, а удовлетворительного объяснения не дала и, главное, не могла дать.
Воздушное огниво. В 1803 г. французский рабочий самостоятельно изобрел воздушное огниво. Задолго до изобретения воздушного огнива во Франции оно было широко распространено в Юго-Восточной Азии. Воз душное огниво (рис. 11) — это трубка, закрытая с одного конца и снабженная поршнем. При быстром вдавливании поршня воздух в трубке нагревается, тт трут, прикрепленный к поршню, воспламеняется. В современном воздушном (газовом) огниве (рис. 12) удалось повысить температуру до 10 000° С и давление до 10 000 кгс [ см2. Повышение температуры при вдав ливании поршня в воздушном огниве нашло крупное техническое применение в двигателе Дизеля.
Поршень передвигается в огниве быстро, и обменом теплотой между огнивом и окружающей средой можно пренебречь. Сжатие воздуха в огниве — адиабатиче ский процесс. Теория теплорода должна была объяс нить, почему при адиабатическом вдавливании поршня температура воздуха в огниве повышается. В чем были трудности объяснения? При адиабатическом сжатии
62
температура расширенного газа была равна первона чальной температуре газа, имевшего меньший объем. Результаты опытов Гей-Люссака противоречат объяс нению, которое он проверял и хотел подтвердить. Но ни
Гей-Люссак, ни два других выдающихся исследовате ля, в присутствии которых был проведен опыт,
П. С. Лаплас и К. Л. Бертолле (1748—1822), не поняли смысла опыта. Все трое удивлялись, почему один и тот же газ, одинаково сжатый, расширяясь, охлаждается, если его выпускать прямо наружу, в атмосферу, и не охлаждается, если его выпускать в другой сосуд.
При выпуске газа в атмосферу он, расширяясь, совершает работу над источником работы, самой атмос ферой. При перепуске газа из одного сосуда в другой нет никаких изменений в источнике работы: работа равна нулю. В опыте Гей-Люссака закрытой системой был весь газ в обоих сосудах. Границы системы проходили по оболочке обоих сосудов. Но эта неподвижная граница прерывала связь между закрытой системой и источни ком работы — атмосферой. Постановка опыта такова, что работа не может не равняться нулю. Прошло еще 35 лет, прежде чем Ю. Р. Майер (1814—1878) все это понял и правильно истолковал опыт Гей-Люссака. Но за эти годы провели и другие опыты. Одни из них говорили в пользу теории теплорода, другие — против нее.
Теплоемкое ! ■газов при постоянно >< гав.п чши и мри постоянном объёме. Блек, введя понятие о теплоемко сти тела, молчаливо принимал, что при повышении тем пературы давление на тело остается постоянным. (Блек рассматривал жидкие и твердые тела.) Но при исследо вании теплоемкости газов стало очевидным: теплоем кость газа зависит от того, повышается ли температура
газа при постоянном его давлении или при постоянном его объеме.
В 1813 г. Ф. Деларош и Ж. Э. Берар впервые полу чили надежные значения теплоемкости газов при
66
