Экспериментальное исследование источника тепла, возбуждаемого трением
| Термодинамика |
|---|
 |
« Экспериментальное исследование источника тепла, возбуждаемого трением » — научная статья Бенджамина Томпсона, графа Рамфорда , опубликованная в журнале «Философские труды Королевского общества» в 1798 году. [1] Эта статья бросила серьезный вызов устоявшимся теориям тепла и положила начало революции в термодинамике XIX века .
Предыстория [ править ]
Румфорд был противником калорической теории тепла, согласно которой тепло — это жидкость, которую нельзя ни создать, ни уничтожить. Он далее развил точку зрения, согласно которой все газы и жидкости являются абсолютными непроводниками тепла . Его взгляды не шли в ногу с общепринятой наукой того времени, и последняя теория особенно подверглась нападкам со стороны Джона Далтона. [2] и Джон Лесли . [3]
На Рамфорда сильно повлиял аргумент о замысле. [4] и вполне вероятно, что он хотел предоставить воде привилегированный и провиденциальный статус в регулировании человеческой жизни. [5]
Хотя Румфорд и должен был связать тепло с движением , нет никаких свидетельств того, что он был приверженцем кинетической теории или принципа vis viva .
В своей статье 1798 года Румфорд признал, что у него были предшественники в представлении о том, что тепло — это форма движения. [6] [а] Среди этих предшественников были Фрэнсис Бэкон , [7] [б] Роберт Бойл , [8] [с] Роберт Гук , [9] [д] Джон Локк , [10] [и] и Генри Кавендиш . [11] [ф]
Эксперименты [ править ]
Румфорд наблюдал тепло трения возникающее при растачивании , пушечных стволов на арсенале в Мюнхене . В то время отливали в литейном цехе пушки с дополнительной металлической частью перед тем, что впоследствии стало дульным срезом , и эта часть удалялась и выбрасывалась позже в процессе производства. [12] [г] Рамфорд взял незаконченную пушку и модифицировал эту секцию, чтобы ее можно было заключать в водонепроницаемую коробку, пока на ней использовался затупленный расточный инструмент. Он показал, что воду в этом ящике можно вскипятить примерно за два с половиной часа и что запас тепла трения кажется неисчерпаемым. Рамфорд подтвердил, что в материале пушки не произошло никаких физических изменений, сравнив удельную теплоемкость обработанного и оставшегося материала одинаковыми.
Румфорд также утверждал, что кажущееся неограниченным выделение тепла несовместимо с теорией теплорода. Он утверждал, что единственное, что сообщается стволу, — это движение.
Румфорд не предпринял никаких попыток дополнительно определить количество выделяемого тепла или измерить механический эквивалент тепла .
Прием [ править ]
Большинство авторитетных учёных, таких как Уильям Генри , [13] как и Томас Томсон , полагал, что в теории теплорода было достаточно неопределенности, чтобы позволить ее адаптацию для учета новых результатов. К тому времени он определенно оказался надежным и адаптируемым. Кроме того, Томсон, [14] Йонс Якоб Берцелиус и Антуан Сезар Беккерель заметили, что электричество может генерироваться бесконечно путем трения. Ни один образованный учёный того времени не был готов утверждать, что электричество не является жидкостью.
В конечном счете, заявление Румфорда о «неисчерпаемых» запасах тепла было опрометчивой экстраполяцией исследования. Чарльз Халдат выступил с резкой критикой воспроизводимости результатов Рамфорда. [15] и весь эксперимент можно рассматривать как несколько тенденциозный. [16]
Однако эксперимент вдохновил Джеймса Прескотта Джоуля на работу в 1840-х годах. Более точные измерения Джоуля сыграли решающую роль в создании кинетической теории за счет теплоты.
Примечания [ править ]
- ^ «Прежде чем я закончу эту статью, я хотел бы попросить разрешения заметить, что, хотя, рассматривая предмет, который я пытался исследовать, я не упомянул ни имен тех, кто прошел ту же самую тему до меня, ни имен успех их трудов; это упущение произошло не из-за отсутствия уважения к моим предшественникам, а просто для того, чтобы избежать многословия и иметь больше свободы для непрерывного продолжения естественного хода моих собственных идей».
- ^ В своем «Новом органуме» Фрэнсис Бэкон заключает, что тепло — это движение частиц, составляющих материю. Из стр. 164 «Тепло кажется движением». Из стр. 165 : «Сама сущность Теплоты, или Субстанциальная сущность Теплоты, — это движение и ничего больше». Из стр. 168 : «Тепло — это равномерное расширяющееся движение не целого, а малых частиц тела». [7]
- ↑ В завершение эксперимента VI Бойль отмечает, что если гвоздь полностью вбивают в кусок дерева, то дальнейшие удары молотком заставляют его нагреваться, поскольку сила молотка преобразуется в хаотическое движение атомов гвоздя. Из стр. 61-62 : «Импульс, данный ударом, не имея возможности ни вбить гвоздь дальше, ни разрушить его целостность (т. е. целостность, целостность), должен расходоваться на возникновение различных бурных и кишечных потрясений частей между собой, и в таком, как мы прежде видели, состоит природа теплоты». [8]
- ^ Со стр. 116 : «Тепло, как я позже докажу, есть не что иное, как внутреннее движение частиц тела; и чем горячее тело, тем сильнее движутся частицы».
- ^ Со стр. 224 : «Тепло — это очень быстрое возбуждение неощутимых частей объекта, которое вызывает в нас то ощущение, откуда мы называем объект горячим: так что то, что в нашем ощущении является теплом, в объекте — не что иное, как движение. Это Это видно по тому, как выделяется тепло: ибо мы видим, что трение медного гвоздя о доску делает ее очень горячей, а оси телег и экипажей часто нагреваются, а иногда и до температуры; степени, что он поджигает их, потирая о него ступицу колеса». [10]
- ^ Продолжение сноски на стр. 313 : «Я считаю мнение сэра Исаака Ньютона о том, что теплота заключается во внутреннем движении частиц тел, наиболее вероятным». [11]
- ^ Из сносок на стр. 84 статьи Рамфорда 1798 года: «Из опасения, что меня заподозрят в расточительности при проведении моих философских исследований, я считаю необходимым сообщить Обществу, что пушка, которую я использовал в этом эксперименте, не была принесена ему в жертву. короткий полый цилиндр, образованный на его конце, был выточен из цилиндрической массы металла длиной около 2 футов, выступающей за пределы дульного среза ружья, называемой на немецком языке verlorner kopf (головка пушку, которую нужно выбросить), и которая изображена на рис. 1». [12]
Ссылки [ править ]
Цитаты [ править ]
- ^ Томпсон (1798) .
- ^ Кардвелл (1971) , с. 99.
- ^ Лесли (1804) .
- ^ Томпсон (1804) .
- ^ Кардуэлл (1971) , стр. 99–100.
- ^ Томпсон (1798) , стр. 100.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Бэкон (1850) , стр. 164–168.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Бойль (1675) , стр. 61–62.
- ^ Гук (1705) , с. 116.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Локк (1720) , с. 224.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Кавендиш (1783) , с. 313.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Томпсон (1798) , стр. 84.
- ^ Генри (1802) , с. 603.
- ^ Томсон .
- ^ Халдат (1810) , с. 213.
- ^ Кардвелл (1971) , с. 102.
Источники [ править ]
- Бэкон, Ф. (1850) [1620]. Novumorganum: Или истинные предложения по интерпретации природы . Уильям Пикеринг.
- Бойль, Р. (1675). «О механическом происхождении тепла и холода». Эксперименты, заметки и т. д. о механическом происхождении или производстве различных конкретных качеств. Среди них есть рассуждения о несовершенстве учения химика о качествах; вместе с некоторыми размышлениями о гипотезе щелочи и кислоты . Напечатано Э. Флешером.
- Кардуэлл, DSL (1971). От Ватта до Клаузиуса: развитие термодинамики в раннеиндустриальную эпоху . Хайнеманн.
- Кавендиш, Х. (1783). «Наблюдения за экспериментами г-на Хатчинса по определению степени холода, при котором ртуть замерзает» . Философские труды Лондонского королевского общества . 73 : 303–328. Бибкод : 1783RSPT...73..303C . дои : 10.1098/rstl.1783.0021 . JSTOR 106496 . S2CID 186208906 .
- Халдат, CNA (1810 г.). «Запросы о теплоте, выделяемой при трении». Журнал де Физический . лхв .
- Генри, В. (1802 г.). «Обзор некоторых экспериментов, которые должны были опровергнуть материальность тепла». Манчестерские мемуары (V): 603.
- Гук, Р. (1705) [1681]. «Лекции света». В Уоллере, Р. (ред.). Посмертные произведения Роберта Гука . Сэмюэл Смит и Бенджамин Уолфорд.
- Лесли, Дж. (1804 г.). Экспериментальное исследование природы и распространения тепла . Лондон.
- Локк, Дж. (1720) [1698–1704]. «Элементы натурфилософии». В Де Мезо, П. (ред.). Коллекция из нескольких произведений Джона Локка, никогда ранее не печатавшихся или не сохранившихся в его произведениях . Р. Франклин.
- Томпсон, Б. (1798). «Исследование об источнике тепла, возбуждаемого трением» . Философские труды Лондонского королевского общества . 88 : 80–102. дои : 10.1098/rstl.1798.0006 . S2CID 186208954 .
- Томпсон, Б. (1804 г.). «Исследование о природе тепла и способах его передачи» . Философские труды Лондонского королевского общества . 94 : 77–182. дои : 10.1098/rstl.1804.0009 . S2CID 186211958 .
- Томсон, Т. «калорийность». Британская энциклопедия, Приложение по химии (3-е изд.).
Библиография [ править ]
- Кардуэлл, DSL (1971). От Ватта до Клаузиуса: развитие термодинамики в раннеиндустриальную эпоху . Хайнеманн: Лондон. ISBN 0-435-54150-1 .