ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Термометрия и тепло из "От твердой воды до жидкого гелия" К началу XVII в. в науке о холоде и тепле накопился солидный экспериментальный материал. Сформировались и взгляды на то, что нужно было понять, чтобы двигаться дальше. Однако такое движение оказалось невозможным без того, чтобы ввести какие-то количественные оценки в результаты экспериментов только тогда их можно было бы осмыслить, опираясь на твердую почву. Это уже хорошо понимали во времена Ф. Бэкона. До этого на протяжении многих веков тепло и холод ассоциировались у людей лишь с повседневными ощущениями. [c.20] Прошло много лет, пока Г. Галилей не повторил опыт Филона (1597 г., Пиза). Прибор, который он демонстрировал на лекциях, показан на рис. 1.4. Принципиально он ничем не отличается от своего прототипа (это иногда служило даже поводом для дискуссий о приоритете). Так же, как и прибор Филона, термоскоп Галилея не имел шкалы, и его показания носили чисто качественный характер кроме этого, на них могли отражаться и колебания атмосферного давления (об этом, правда, в то время ничего не было известно, так как работы ученика Галилея -Торичелли по изучению атмосферного давления еще были впереди). Тем не менее первый шаг в термометрии нового времени был сделан. [c.21] Первые попытки зафиксировать опреде ленные реперные точки термометрической шкалы предпринимались несколькими ис следователями. Среди них следует отметить Отто фон Герике (1602-1686 гг.) - знаменито го бургомистра Магдебурга, с научными достижениями которого мы еще не раз ветре, тимся. Он четко осознавал необходимость иметь две точки на шкале, чтобы разбить интервал между ними на определенное число делений (градусов) и продолжить деле, ния, в случае необходимости, и за пределы этих двух точек. Но выбор их, сделанный Ге. рике, хотя и диктовался, по-видимому, па. триотическими соображениями, был не очень удачен. Нижняя точка - средняя тем. пература заморозков в Магдебурге, а верх, няя - летняя температура в этом же городе. И та и Другая точки - очень размытые но все же у Герике получился уже не термоскоп, а термометр, хотя еще и несовершенный, О. Герике разместил свои термометры на наружной стене собственного дома для Пользы горожан Магдебурга. [c.22] Самый существенный шаг в развитии термометрии сделал француз Гийом Амонтон (1663-1703 гг.). Он сконструировал воздушный термометр, показанный на рис. 1.5, который уже очень похож на современный газовый. Трубка и-образной формы с полым шариком на одном колене заполнена ртутью, как показано на рисунке. В зависимости от температуры воздуха в шаровом сосуде ртуть занимает то или иное положение. [c.22] Заслуги Амонтона состоят не только в создании более совершенного термометра. Он много сделал для развития учения о тепловых явлениях. Он был первым, кто совершенно ясно высказал убеждение, что термометр измеряет не количество тепла, а степень нагретости тела - температуру. Таким образом, был сделан решающий шаг, позволивший четко разделить понятия тепло и температура . Этим открывалась дорога для самостоятельного изучения физической природы каждого из них. Об том речь пойдет дальше, а пока нужно вернуться к термометрии. [c.22] Француз Рене Реомюр (1688-1757 гг.) не одобрял применение ртути в термометрах из-за ее сравнительно низкого коэффициента расширения и предпочитал спирт. Поскольку эта жидкость расширяется между температурами таяния льда и кипения воды в отношении 1000 1080, он предложил шкалу на этом отрезке разделить на 80 частей. Через 12 лет, в 1730 г., Цельсий (1701-1744 гг.) разделил этот же интервал на 100 частей, но принял за 100°С температуру таяния льда, а за 0°С -температуру кипения воды. Таким образом, он сделал такую же перевернутую шкалу, как и Делиль, но разделил ее иначе, взяв более удобное число градусов. [c.24] Возникает естественный вопрос - почему и Делиль, и Цельсий поставили шкалу вверх тормашками Ведь не может быть, что у них не было каких-то соображений на этот счет Действительно, и тот и другой заложили в построение шкалы определенную идею она заключалась в том, чтобы при измерении низких температур избежать отрицательных значений градусов. Чем больше мороз, тем больше термометр показывал градусов холода. [c.24] Интересно отметить, что знаменитый шведский ботаник Карл Линней, создатель основ классификации растений, тоже занимался совершенствованием температурной шкалы. Он предложил еще раньше Цельсия (в 1738 г.) стоградусную шкалу, где 0°С соответствовал температуре таяния льда, а 100°С -температуре кипения воды. Однако его идея не привлекла внимания физиков, и шкала температур кувыркалась еще ряд лет, пока не вернулась в нужное положение. Таким образом, по совести , шкала Цельсия должна была бы называться шкалой Линнея . [c.25] В этом отношении XVII и особенно XVIII в. дали очень много была подготовлена база для того, чтобы в следующем, XIX в.. Ответить на вопрос окончательно. [c.25] В начале XVII в. о природе тепловых явлений по существу ничего не было известно. Теория Аристотеля о смеси теплого и холодного начал ( температуре ) уже изжила себя. Г. Галилей заменил ее предположением о существовании одной невесомой тепловой материи (от латинского слова alor, получившего в русской терминологии название теплород ). Эта материя обладает способностью перетекать от одного тела к другому. Чем больше ее содержание в теле, тем сильнее оно нагрето, и наоборот - чем меньше, тем оно холоднее. Понятие о холодном начале при таком объяснении уже стало ненужным. [c.25] В дальнейшем борьба между сторонниками этих воззрений, идущих от Галилея и Бэкона , продолжалась более 200 лет в ходе ее были получены важные результаты, одним из которых было окончательное разделение понятий температура и тепло . [c.26] Если говорить о разделах науки, связанных с теплом, то после этого разделения вплоть до 20-х годов и даже середины Х1Хв. они развивались хотя и быстро, но в ограниченных рамках калориметрии, теоретической базой которой служила вещественная теория теплоты или теория теплорода . Другими словами, изучались и измерялись лишь явления, связанные с переходом тепла (теплорода) между телами, но без всякой связи с другими формами энергии или ее преобразованиями. [c.26] При этом техника значительно опередила науку - паровые машины, преобразовывающие теплоту в работу, не только были созданы, но и постоянно совершенствовались. Но это совершенствование проводилось тогда методом проб и ошибок или, иногда, посредством исследований прикладного характера. Дальше мы увидим, что и создание холодильных установок шло вначале таким же путем. [c.26] Бернулли, Б. Рум-форд, Л. Эйлер, Г. Крафт, М. Ломоносов. Г. Рихман, сначала придерживающийся вещественной теории, позже перешел на сторону М. Ломоносова. Однако преимущество все же было за вещественной теорией, которая хорошо объясняла все калорические опыты, связанные с нагревом и охлаждением тел и теплопередачей количества теплоты ( теплорода ) оставались при всех опытах неизменными. [c.27] Вернуться к основной статье