4. Классическое естествознание физика

Какие наиболее важные достижения были осуществлены в физике XIX в.?

– Наиболее значительными достижениями в физике XIX в. были открытие закона сохранения энергии, создание термодинамики, молекулярно-кинетической теории газов, а затем на её основе статистической физики, установление единства электрических и магнитных явлений, открытие электромагнитного поля, обоснование электромагнитной природы света, создание электродинамики, выявление законов электролиза, открытие ультрафиолетовых и инфракрасных лучей, рентгеновского излучения, электрона, радиоактивности, квантового характера излучения.

Когда и кем был открыт закон сохранения энергии?

– Закон сохранения энергии был установлен Ю. Майером (Германия), Д. Джоулем (Великобритания), Г. Гельмгольцем (Германия) в 1841 –1847 гг. Он утверждает, что в изолированной системе энергия сохраняется. Она может в результате процессов, происходящих в системе, преобразовываться в иные формы, но её количество всегда будет постоянным.

Когда и кем была создана термодинамика?

– Основы термодинамики – теории тепловых процессов были созданы в начале 50-х гг. XIX века. Р. Клаузиусом (Германия), В. Томсоном (Великобритания), У. Ранкина (Великобритания). Термодинамика строится так, что её утверждения не зависят от природы изучаемых процессов. В этом смысле она универсальна. Она была построена на основе двух фундаментальных законов – двух начал термодинамики.

• Первое начало представляет собой применение закона сохранения энергии к термодинамическим системам, т.е. системам, в которых существенную роль играют тепловые процессы, переход тепла в работу и работы в тепло.

• Второе начало утверждает, что невозможен процесс, при котором тепло самопроизвольно переходило бы от тел холодных к теплым.

Что изучает термодинамика?

– Термодинамика – это наука о свойствах макроскопических систем, находящихся в термодинамическом равновесии, и о процессах перехода между этими состояниями.

Что такое вечный двигатель и можно ли его в принципе построить?

– Идея вечного двигателя, т. е. механизма, который мог бы работать без затрат энергии, стала привлекать внимание с XIII века. В конце XVIII века у ученых сложилось убеждение, что построение такого двигателя невозможно. Парижская Академия наук в 1775 г. приняла решение не рассматривать проекты вечных двигателей. После открытия Ю. Майером, Д. Джоулем и Г. Гельмгольцем 1841–1847 гг. закона сохранения и превращения энергии стало очевидной невозможность этого предприятия.

На основе термодинамики было доказано, что нельзя создать и такой двигатель, который превращал бы в работу часть энергии окружающей среды, например, огромную энергию, содержащуюся в воздушной среде или в океане, поскольку это привело бы к нарушению второго начала термодинамики. В этом случае говорят, в отличие от первой ситуации, о вечном двигателе второго рода.

Когда и кем была создана молекулярно-кинетическая теория газов?

– Основы молекулярно-кинетической теории газов были разработаны в 1850 – нач. 70-х гг. XIX века. Дж. Джоулем (Великобритания), А. Кренигом (Германия), Р. Клаузиусом (Германия), Дж. Максвеллом (Великобритания), Л. Больцманом (Австрия). Это была первая физическая теория, в которой стали широко использоваться вероятностно-статистические представления.

Что изучает молекулярно-кинетическая теория газов?

– Молекулярно-кинетическая теория газов, опираясь на представление о газе как о совокупности хаотически движущихся молекул и используя вероятностно-статистические методы, устанавливает соотношение между макроскопическими свойствами газа (такими, как объем, давление, температура), а также термодинамическими закономерностями и механическими свойствами и законами движения составляющих газ молекул.

Какова природа тепловых процессов?

– Тепловые процессы представляют собой беспорядочное движение частиц, образующих твердое тело, жидкость, газ или плазму.

Когда возникла статистическая физика?

– Статистическая физика изучает макроскопические свойства систем как проявление свойств и взаимодействий частиц, составляющих эти системы. Важнейшим шагом на пути построения статистической физики явилось создание молекулярно-кинетической теории газов. Построение классической статистической физики, применимой не только к газам, но и к любым статистическим системам, было завершено в 1902 г. американским физиком Дж. Гиббсом.

Когда и кем была создана электродинамика?

– Теория электромагнитных процессов – электродинамика – была создана в 60-е гг. XIX века Дж. Максвеллом (Великобритания).

Когда и кем в науку было введено понятие поля?

– Понятие поля было введено в науку М. Фарадеем (1832, Великобритания) в связи с изучением электромагнитных явлений. Первой теорией поля была электродинамика.

Кто и когда установил электромагнитную природу света?

– Электромагнитная природа света была установлена Дж. Максвеллом в 1865 г.

Что такое свет?

– Свет представляет собой электромагнитные колебания в узком интервале частот (4,310¹⁴–7,510¹⁴ Гц), воспринимаемых человеческим глазом. Световые колебания различных частот воспринимаются человеком как различные цвета. Используется также более широкая трактовка понятия «свет» как включающего ультрафиолетовые и инфракрасные области спектра излучения (310¹¹–310¹⁷ Гц).

Кто и когда открыл инфракрасное и ультрафиолетовое излучения?

– Инфракрасная часть светового спектра была открыта английским учёным У. Гершелем в 1800 г., а ультрафиолетовая его составляющая – немецким учёным И. Риттером в 1802 г.

Что такое электрический ток?

– Электрический ток представляет собой упорядоченное движение свободных электрически заряженных частиц (в частности, электронов).

Когда возникла электрохимия?

– Электрохимия возникла в первой трети XVIII в. Её становление тесно связано с изучением и применением электролиза. Исследования воздействия электрического тока на химические процессы начались сразу же после того, как А. Вольта (Италия) создал в 1800 г. источник электрического тока. Уже в 1807 г. английские учёные У. Николсон и А. Карлейль посредством электролиза разложили воду на водород и кислород. Решающее значение для возникновения электрохимии имело установление М. Фарадеем количественных законов электролиза и введение им основных понятий, связанных с процессом электролиза (1833–1834).

Когда в физике началось эмпирическое исследование микромира?

– Эмпирическое исследование микромира началось в физике в конце XIX века. Оно было ознаменовано блестящими открытиями радиоактивности (1896, А. Беккерель), электрона (1897, Дж. Томсон), квантового характера излучения (1900, М. Планк).