Веб-мастер приносит свои извинения за низкое качество вычитки текста после OCR-сканирования

IV. Механический эквивалент тепла.

Те механические процессы, при которых до сих пор предполагалась абсолютная, потеря силы, суть следующие.

1. Удар неупругих тел.

Это явление связано по большей части с изменением и уплотнением тела, по которому произведен удар, следовательно, с увеличением потенциальной энергии. Далее, при часто повторяющихся ударах мы наблюдаем весьма значительное развитие тепла, как, напр., это имеет место при проковке металлического предмета, наконец, часть движения передается в виде звука ударяемому твердому телу и газу.

2. Трение как на поверхности двух тет, движущихся одно около другого, так и внутри тел при изменении формы, вызываемой смещением мельчайших частиц друг около друга. При трении точно также находят по большей части небольшие изменения в молекулярном строении тел, именно вначале взаимного трения друг 0 Друга; позднее обыкновенно поверхности так приспособляются, что эти изменения при дальнейшем движении могут считаться исче-зающе малыми. Во многих случаях эти явления совершенно отсутствуют, напр,, если жидкости трутся о твердые тела или жидкости о жидкость. Кроме всего перечисленного можно всегда найти термические и электрические изменения.

В механике обычно представляют трение, как силу, которая противодействует существующему движению и величина которой является функцией скорости. Очевидно, это представление, созданное для того, чтобы можно было произвести подсчеты, является весьма неполным выражением сложного процесса, при котором наступают взаимодействия различных молекулярных сил. Из этого представления следует, что при трении живая сила совершенно теряется, точно так же это допускается и при неупругом ударе.
При этом, однако, не принимается во внимание, что помимо увеличения потенциальной энергии, происходящего благодаря сжатия трущихся или ударяющихся тел, получается при этом, с одной стороны, тепло, являющееся для нас энергией, при помощи которой мы можем получить механические действия, с другой стороны, по большей части возникает при этом электричество, обнаруживающее или непосредственно притягательными, или отталкивательными силами, или косвенно благодаря тому, что оно вызывает появления тепла.

Остается таким образом только задаться вопросом, соответствуе: ли сумма этих энергий всегда потерянной механической энергии В тех случаях, где молекулярные изменения и возникновение эле" тричества, по возможности, устранены, вопрос должен был бы быт поставлен так: возникает ли при определенной потере механически силы всякий раз определенное количество тепла, и насколько те пловой эквивалент может соответствовать эквиваленту механическо энергии? Для решения первого вопроса выполнено небольшое коли чество опытов. Джоуль2) определял количества тепла, которо развивается при трении воды в узких трубках или в сосуде, в которо приводится в движение колесо, построенное по типу турбины; i первом случае он нашел, что тепло, которое нагревает 1 килогр воды на 1°Ц., поднимает на высоту 1 метра 452 килогр., во втором - 521 килогр. Однако, его методы измерения мало соответствуют слож ности изучаемого явления, поскольку эти результаты могут пре-тендовать каким-либо образом на точность3); по всей вероятности приведенные чиела слишком высоки, так как при его методе тс плота легко могла ускользнуть от наблюдения, наоборот, неизбежна потеря механической энергии в остальных частях аппарата не вво дилась в расчеты.

Мы обратимся теперь к дальнейшему вопросу, насколько теплота может соответствовать эквиваленту механической энергии. Материальная теория теплоты должна, по необходимости, считать постоянным количество теплового вещества; механическая сила может по этой теории получиться только благодаря стремлению теплорода расшириться.

[]: исследователе произведенные с глубоким знанием дела и железной энергией, заслуживают глубочайшего удивления; эти опыты дали 425 кидогр. (1831).

По этой теории силовой эквивалент у тепла может заключаться в работе, которую теплота совершает при переходе от более высокой температуры к температуре низшей. В этом смысле Карно и Клапейрон обработали задачу и нашли, что все следствия из предположения подобной эквивалентности, по крайней мере для газов я паров, выполняются.

Чтобы объяснить теплоту трения, материальная теория должна или допустить, что тепло, как предполагает В. Генри, подведено извне, или что тепло, как думает Б е р т о л е 2), возникает от сдавления яоверхностей и стирающихся частей. Для принятия первого предположения недостает до сих пор опытов, доказывающих, что в окружающем трущиеся части пространстве развивается холод, со-ответствующий часто огромному количеству развивающегося в трущихся частях тепла; вторая гипотеза, не говоря уже о том, чго она должна принимать совершенно невероятное по величине влияние уплотнения, по большей части не открываемого гидростатистическими весами, совершенно исключается при трении .жидкостей, при опытах, где куски железа благодаря проковке раскаливаются и размягчаются, где куски льда при трении расплавляются3), при чем размягченное железо и возникшая при плавлении вода не могут остаться в сжатом состоянии. Кроме того развитие тепла при движениях электричества доказывает нам, -что абсолютное количество тепла в действительности может быть увеличено. Если даже оставить в стороне электричество, развивающееся при трении и вольтаическое электричество, так как здесь можно предположить, что путем соединения и взаимоотношения электричества с теплородом, этот последний в этих случаях "юдводитея из своего первоначального места и выделяется в нагретой проволоке, проводящей ток, - все же у нас остаются два пути для получения электрических напряжений чисто механическим путем, при чем в этих случаях никогда не обнаруживается тепла, которое могло бы быть перемещено, именно при перераспределении электричества4) и при движении магнитов. Если мы имеем заряженное положительным электричеством вполне изолированное тело, которое не может терять своего электричества, то приближенный изолированный проводник будет обнаруживать на одной стороне +-которым мы можем зарядить внутреннюю обкладку батареи, далее мы можем удалить проводник, содержащий свободное-Е, которое мы можем собрать на наружной обкладке первой батареи или в другой батарее. При повторении этого опыта мы можем зарядить любой величины батарею сколько угодно раз и при ее разряде получить раз-ватие тепла без того, чтобы теплота где-либо исчезала. При этом процессе мы затрачиваем известную механическую работу, так как при каждом удалении отрицательно заряженного проводника от тела, имеющего положительный-' заряд, должно преодолеваться притяжение, существующее между ними. В сущности, этот процесс осуществляется при применении электрофора для заряда лейденской банки. Подобный же случай мы находим при магнито-электрических машинах; когда магнит и якорь движутся друг относительно друга, возникают электрические токи, которые возбуждают тепло в замыкающей проволоке, и так как эти токи все время противодействуют движению якоря по отношению к магниту, они потребляют на это известную часть механической энергии. Здесь, очевидно, из тел, составляющих машину, можно получать бесконечное количество теплоты без того, чтобы теплота где-либо исчезала. Что магнито-элек-трический ток возбуждает в части спирали, непосредственно испытывающей влияние магнита, тепло, но не холод, это пытался доказать непосредственно опытом Джоуль1). Из этих данных следует, что абсолютное количество тепла может быть увеличено при применении механической силы, и поэтому тепловые явления не могут вызываться веществом, которое обусловливает наличность тепла только своим присутствием, но чго эти явления могут быть получены при изменениях, при движениях, особого вещества, или уже известных весомых и невесомых тел, напр., электричества или светового эфира. То, что до сих пор называлось количеством тепла, должно бы было,. по сказанному, явиться выражением, во-первых, для количества живой силы теплового движения, во-вторых, для количества той потенциальной энергии в атомах, которая при изменении их расположения может вызвать подобное движение; первая часть соответствовала бы тому, что до сих пор называется свободной теплотой, вторая тому, что называется скрытой теплотой. Если допустимо попытаться еще определеннее установить представление об этих йЯ1ениях, то настоящему состоянию науки, повидимому, вообще лучше всего соответствует гипотеза, примыкающая к взглядам Ампера. Вообразим себе тело, построенное из атомов, которое в свою очередь состоят из различных частичек (химические элементы, электричество и т. д.); мы южем различать в подобном атоме троякого рода движения, а именно: 1) смещение центра тяжести, 2) вращение около центра тяжести и 3) смещение частиц атома друг по отношению к другу. Два первые рода движения вызываются действием сил соседних атомов и распространяются в окружающее пространство в виде волны; подобное распространение соответствует излучению тепла, но не теплопроводности. Движение отдельных частей атома друг по отношению к другу вызывается силами, возникающими внутри атома, и эти движения только весьма постепенно могут приводить в совместное движение соседние атомы, подобно тому как одна колеблющаяся струна сообщает движение другой, при этом атомы теряют определенное количество движения; этот род распространения является, повидимому, аналогичным тому, который имеется при теплопроводности. Вообще является понятным,, что подобные движения в атомах могут вызвать изменение в молекулярных силах, и, следовательно, изменения в аггрегатном состоянии; однако, нельзя определить точно, какого рода являются эти движения: для этого у нас нет никаких точек опоры; для нашей цели является достаточным только признание возможности, что тепловые явления могут быть рассматриваемы как движения. Сохранение энергии должно бы было при этих движениях выполняться постольку, поскольку до сих пор признавалось сохранение количества теплорода, именно это имеет место при явлениях проведения и излучения от одного тела к другому, при связывании и выделении тепла, происходящих при изменении аггрегатного состояния.

Из различных способов возникновения тепла мы рассмотрели до еих пор тепло, возникающее при излучении, и тепло, возбуждаемое действием механических сил; теплоту, возникающую при электрических процессах, мы рассмотрим ниже. Остается изучить развитие тепла при химических процессах. До сих пор это явление объяснялось как освобождение теплорода, который в скрытом состоянии заключался в соединяющихся телах. Так как согласно этому нужно было наделить каждое простое тело и каждое химическое соединение, которое может образовать еще дальнейшие соединения высшего Порядка, определенным количеством скрытой теплоты, необходимо-связанной с их химической конституцией, то отсюда следовал закоц который, по крайней мере, отчасти оправдался на опыте, именно' что при химическом соединении многих веществ, превращающихся в одинаковые продукты, всегда выделяется одинаковое количествц тепла, в каком бы порядке, через какие бы промежуточные ступени ни происходило соединение1). Согласно нашему представлению воз. никающее при химических процессах тепло является количество" живой силы, которая получается из определенного количества ра. боты химических сил притяжения, и предыдущий закон представ, ляется в данном случае выражением закона сохранения энергии.

Условия и законы исчезания тепла так же мало изучены, как и условия и законы возбуждения теплоты, хотя без сомнения таковые существуют. До сих пор известны только случаи, при которых разрушаются химические соединения или получаются более разреженные аггрегатные состояния и благодаря этому теплота делается скрытой. Исчезает ли тепло при возникновении механической работы, что является необходимым постулатом сохранения энергии, этот вопрос еще никогда не ставился. Я могу в пользу этого привести только один опыт Джоуля, который представляется достаточно надежным 2). Именно этот последний нашел, что воздух при вытекании из резервуара вместимостью, в 136,5 куб. дюймов, в котором он находился под давлением в 22 атмосферы, охладил окружающую резервуар воду на 4°,085 F., если только вытекание происходило в атмосферу и, следовательно, должно было преодолеваться ее сопротивление. Наоборот, не наступало никакого понижения температуры, если воздух перетекал в эвакуированный сосуд такого же размера, который стоял в том же самом сосуде с водой, так как в этом случае воздух не преодолевал никакого сопротивления и не производил никакой механической работы.

Нам остается теперь еще исследовать, в каком отношении к нашим исследованиям стоят попытки Клапейрона3) и Больцманна4) вывести механический эквивалент тепла. Клапейрон исходит из представления, что теплота только при ее перетекании из более нагретого тела в другое более холодное может явиться средством получения механической работы, и что максимум этой последней может быть достигнут, если перенос тепла происходит между телами с расвной температурой и изменения температуры производятся только сжатием и расширением нагретых тел. Этот максимум должен быть один и тот же для всех тел природы, которые могут производить механическую работу за счет нагревания или охлаждения; так как, если бы этого не было, то можно было бы пользоваться для получения механической работы телом, в котором определенное количество тепла производило бы большее действие, при чем часть механической работы получившейся при этом можно было бы применять для того, чтобы при помощи другого тела обратно перевести тепло из более холодного тела в более теплое и таким образом можно бы было получить бесконечное количество механической работы; при этом само собою подразумевается, что количество тепла благодаря этому процессу не изменяется, Клапейрон выражает аналитически этот закон в следующем общем виде:

dq ' dt dq dt __ "

dv dp dp dv ' ...

где q-количество тепла, которое содержит тело, t - его температура, при чем обе величины выражены, как функции объема v и давления р. - есть механическая работа, которую совершает единица тепла (которая нагревает 1 килогр. воды на 1°Ц), если она переходит к температуре на 1° ниже. Эта теплота должна быть для всех тел природы одной и тон же, но должна изменяться от температуры. Для газов предыдущая формула имеет следующий вид:

dq dq

dv dp

Следствия, выведенные Клапейроном из предположения полной' справедливости этой формулы, имеют за себя, по крайней мере Для газов, большое количество согласных с опытом аналогий. Его вывод закона может быть справедливым только в том случае, если Рассматривать абсолютное количество тепла неизменным1); впрочем, его специальная формула для газов, которая только и подтверждена сравнением с опытом, вытекает, как это мы скоро увидим, также щ формулы Больцманна. По отношению к общей формуле оц попытался только показать, что следующий из нее закон, щ крайней мере, не противоречит опыту. Этот закон гласит, чщ если увеличить на малую величину давление на различные тела взятые при одной и той же температуре, то развиваются количе-ства тепла, которые пропорциональны их способности расширяться от теплоты. г* Я хотел бы обратить внимание только на одно по меньшей мере невероятное следствие этого закона. Сжатие воды при точке ее максимальной плотности не должно давать никакого тепла, а между этой точкой и точкой замерзания должно давать охлаждение.

Больцманн исходит из представления, что определенное количество тепла, которое поступает в газ, может вызывать в неи или повышение температуры, или расширение без повышения температуры. Производимую этим расширением работу он принимает за механический эквивалент теплоты и вычисляет из звуковых опытов Дюлонга, касающихся отношения обеих удельньп теплот газов, что [количество тепла, которое нагревает 1 килогр. воды на 1° Ц., поднимает 374 килограмма на 1 метр. Этот способ подсчета по нашим представлениям допустим только тогда, когда вся живая сила подведенного тепла действительно отдается в виде механической работы, и, следовательно, сумма живой силы и потенциальной энергии, то-есть количество свободной и скрытой теплоты, в сильно разреженном газе в точности такова же, как и в более сжатом газе той же температуры. Поэтому газ, который расширяется без совершения работы, не должен был бы изменять свою температуру, как эго повидимому действительно следует из вышеупомянутого опыта Джоуля, и повышение и понижение температуры при сжатии и расширении при обычных условиях должно было бы зависеть от развития тепла в зависимости от применения механической силы и наоборот. В пользу закона Больцманна говорит большое количество полученных следствий, согласных с опытом, и в частности вывод формулы для упругости водяных паров при различных температурах.

Джоуль нашел из своих собственных опытов величину механического эквивалента, вычисленную Больцманн ом из опытов других авторов в 374, равной 481,-464, 479, в то время как из опытов с трением Джауль наплел для механического эквивалента единицы теплоты 452 и 521.

Формула Больцманна тождественна для газов с формулой Клапейрона; только в этой последней находится неопределенная функция температуры С, и благодаря этому является возможным полное нахождение интеграла. Именно первая формула гласит:

где а-механический эквивалент единицы тепла; формула Клапейрона такова:

Обе формулы, следовательно, совпадают, если С = - или, так как р = -(l-\-at), гда а-коэффициент расширения и к-постоянная, если V

Вычисленные Клапейроном значения - согласуются достаточно хорошо с этой формулой, как это вытекает из нижеследующего сопоставления.

Температура.

Вычисленные Клапейроном. а Ъ с

На основании формулы.

0"

1,410

1,586

1,544

35,5

-

1,365

1,292

1,366

78,8

-

1,208

1,142

1,198

100,0

1,115

1,102

1,129

156,8

-

1,076

1,072

0,904

Число, стоящее под буквой а, вычисляется из скорости звука в воздухе, ряд Ь из скрытых теплот паров эфира, алкоголя, воды, скипидара, с - из упругости водяного пара для разных температур. Формула К-лапейрона для газов, таким образом, тождественна с формулой Гольцманна, ее приложимость к твердым и капельножидким телам остается пока сомнительной12).


  1. Л. P. Jоulе.-On the existence of an equivalent relation between heat on the ordinary forms of mechanical power. Phil. mag. XXVII. 205.
  2. Это суждение относится только к первым, сделавшимся известным в то время опытам Джоуля. Более поздние опыты того же ') Mem. of the Society of Manchester. T. V, p. 2. London. 1802.
  3. Statique chimique. T. I, p. 247.
  4. Humphrey Davy. Essay on heat; light and the combinations of light.
  5. Philos. Magazine. 1844.
  6. О Hess. Pogg. Ann. L. 392. LVI. 598.
  7. Philos. Magaz. XXVI. 369.
  8. Pogg. Ann. Bd. LIX 446. 666. (1843).
  9. Ьber die Warme und Elasticity der Gase und Dampfe. Mannheim., 1845. Извлечение из этого сочинения в Pogg. Ann. Erganzung. Bd. II.
  10. Как известно, Клаузиус позднее (1850) усовершенствовал эту часть К а р н о (1881).
  11. Их коэффициенту расширения.
  12. См. прибавление 5, относящееся к работам Р. Майера (стр. 59).

назад вперед


Знаете ли Вы, что такое "Большой Взрыв"?
Согласно рупору релятивистской идеологии Википедии "Большой взрыв (англ. Big Bang) - это космологическая модель, описывающая раннее развитие Вселенной, а именно - начало расширения Вселенной, перед которым Вселенная находилась в сингулярном состоянии. Обычно сейчас автоматически сочетают теорию Большого взрыва и модель горячей Вселенной, но эти концепции независимы и исторически существовало также представление о холодной начальной Вселенной вблизи Большого взрыва. Именно сочетание теории Большого взрыва с теорией горячей Вселенной, подкрепляемое существованием реликтового излучения..."
В этой тираде количество нонсенсов (бессмыслиц) больше, чем количество предложений, иначе просто трудно запутать сознание обывателя до такой степени, чтобы он поверил в эту ахинею.
На самом деле взорваться что-либо может только в уже имеющемся пространстве.
Без этого никакого взрыва в принципе быть не может, так как "взрыв" - понятие, применимое только внутри уже имеющегося пространства. А раз так, то есть, если пространство вселенной уже было до БВ, то БВ не может быть началом Вселенной в принципе. Это во-первых.
Во-вторых, Вселенная - это не обычный конечный объект с границами, это сама бесконечность во времени и пространстве. У нее нет начала и конца, а также пространственных границ уже по ее определению: она есть всё (потому и называется Вселенной).
В третьих, фраза "представление о холодной начальной Вселенной вблизи Большого взрыва" тоже есть сплошной нонсенс.
Что могло быть "вблизи Большого взрыва", если самой Вселенной там еще не было? Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

Bourabai Research Institution home page

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution