Механическая теория теплоты

Теплота представляет собой форму энергии, связанную с хаотичным движением атомов или молекул вещества.

Теплота — вещь мистическая. Можно взять в руку кусок дерева, и от него руке не будет, по большому счету, ни тепло, ни холодно. Однако стоит бросить его в огонь — и оно, загоревшись, будет выделять теплоту в большом количестве. Откуда же берется теплота? Издревле люди считали, что теплота представляет собой особую жидкость под названием флогистон, или теплород, заключенную в дереве и других горючих субстанциях и высвобождающуюся при горении. К концу XVIII века, однако, накопилось достаточно экспериментальных данных, чтобы убедиться в ошибочности такой теории.

Одним из первых современные представления о природе теплоты предложил Бенджамин Томпсон (граф Румфорд). Он всегда отличался техническим складом ума и интересовался наукой применительно к баллистике и оружейному делу, которым посвятил свою жизнь. Уже живя в Баварии, он был техническим управляющим пушечного завода. Грубо отлитые стволы обрабатывались изнутри сверлильной фрезой для доведения до нужного калибра и придания им должной гладкости. Румфорд заметил, что при расточке стволы нагреваются, причем тем сильнее, чем тупее фреза. Измерив теплоемкость металлической стружки, ему удалось показать, что тепло никак не могло храниться до расточки в веществе ствола, а следовательно, теплота возникает в результате трения. Рассказывают, что он даже помещал рассверливаемую пушку в воду и сверлил ее, пока вода не закипела спустя несколько часов.

Сегодня мы понимаем теплоту (точнее сказать, тепловую или термальную энергию) как особую форму энергии, связанную с движением атомов или молекул, из которых состоит материал. При притоке энергии извне атомы или молекулы разогреваются — т. е. начинают колебаться или двигаться быстрее, при остывании же движение замедляется. В жидкостях и газах увеличивается скорость хаотичного броуновского движения и частота соударений атомов или молекул друг с другом. В твердых же телах атомы с большей амплитудой колеблются вокруг своих мест в кристаллической решетке. В обоих случаях, однако, то, что мы воспринимаем как теплоту или термальную энергию, на самом деле является кинетической энергией атомов или молекул. Как и все другие формы энергии, подчиняющиеся первому началу термодинамики, тепловая энергия может переходить в другие формы энергии, и это используется, например, в двигателях внутреннего сгорания и электрогенераторах.

См. также:
Агрегатные состояния вещества
Фазовые переходы
Теплообмен
Цикл и теорема Карно
Уравнение Клапейрона—Клаузиуса
Первое начало термодинамики
Второе начало термодинамики
Постоянная Больцмана
Бенджамин ТОМПСОН (граф фон Румфорд)
Benjamin Thompson (Count Rumford), 1753–1814

Американский, а затем немецкий администратор и ученый. Родился в Вобурне, штат Массачусетс. Во время Войны за независимость США выступил на стороне Великобритании, куда и вынужден был бежать, бросив семью, в 1775 году после поражения колониальной армии и выдвижения против него обвинений в шпионаже. Позже переехал в Мюнхен (Бавария), где занимал высокие государственные посты. В 1790 году Томпсону за заслуги был пожалован титул графа, причем титульным графством было названо графство (округ) Румфорд (Rumford County, в настоящее время переименовано в Concord County) в штате Нью-Гемпшир, где он жил с первой женой до эмиграции из США. Вернувшись в Лондон, в 1800 году основал там знаменитый Королевский институт. В 1804 году переехал в Париж, женившись на вдове Антуана Лавуазье (см. Флогистон). Брак не сложился; известна фраза фон Румфорда: «Лавуазье повезло, что он умер на гильотине».


7
Показать комментарии (7)
Свернуть комментарии (7)

  • dpi  | 13.08.2007 | 12:25 Ответить
    Если немного подумать головой, то окажется, что древние со своим флогистоном были гораздо ближе к разгадке тайны, что же такое теплота. А современным физикам-теоретикам пора признать, что никакого хаотичного (теплового) движения молекул (атомов, ионов) в природе не существует.
    Если кто из верующих в молекулярно-кинетическую теорию и механическую теорию теплоты с этим не согласен, пусть представит доказательства существования этого хаотического движения.
    Броуновское движение не в счет - у меня есть совершенно другое обоснование броуновскому движению.
    Заодно пусть попытаются
    - соотнести и объяснить скорость звука в газах (при н.у. около 320 м/с) с распределением Максвелла (при н.у. средняя скорость молекул ок. 500 м/с),
    - нарисовать расчетную схему движения броуновской частицы в условиях действия силы тяжести - с учетом того, что и на каждую молекулу воздуха тоже действует сила тяжести, (получается, что в соответствии с расчетной схемой броуновская частица - или пушинка - должна падать на землю с ускорением g = 9,81м/с^2, то есть находиться в свободном падении, а не выписывать кренделя траекторией своего движения)
    - нарисовать для себя графики распределения молекул воздуха по скоростям движения (в соответствии с тем же самым распределением Максвелла) при +5 градусах и -5 градусах по Цельсию и объяснить всем остальным, почему в первом случае снежинка, летящая в воздухе, тает, а во втором - нет
    - объяснить, каким это образом Солнце умудряется разгонять (в соответствии с МКТ) "холодные" молекулы газа и усиливать "колебания около некой средней точки" ионов твердого тела? Своим электромагнитным излучением? Только не надо петь песен про корпускулярно-волновой дуализм. Нарисуйте расчетную схему, приведите пару формул ...
    и так далее.
    Список физических явлений, при объяснении которых механическая теория теплоты спотыкается на обе ноги (скорее, на все четыре копыта), можно продолжать до бесконечности.

    Так вот, теплота - это электромагнитное излучение в инфракрасном и далеком инфракрасном диапазонах. И все элементарные частицы вещества (молекулы, атомарные молекулы - полагаю, так говорить правильнее, чем "атомы" - и ионы) обмениваются друг с другом теплотой посредством этого самого теплового излучения, а не никакими не соударениями.
    Так что тепловое ЭМИ - это и есть тот самый "флогистон" древних. Правда, это не газ и не жидкость, а колебания той самой среды, в которой распространяется электромагнитное излучение, приводящие с изменению энергетического состояния элементарных частиц вещества - к изменению скоростей и орбит движения двух внешних электронов (почему так - интересующимся могу объяснить отдельно).
    Заметьте, я не открываю Америку, а просто обобщаю накопленный за последнее время опыт и идеи.
    Ответить
    • sasakosh > dpi | 22.11.2009 | 20:08 Ответить
      >>Так вот, теплота - это электромагнитное излучение в инфракрасном и далеком инфракрасном диапазонах.
      Т.е. если мы сделаем сосуд из вещества, непроницаемого для инфракрасного излучения, то получим супер-термос? А то сейчас то термосы дураки делают, откачивая воздух между стенками, а по вакууму то ЭМИ распространяется замечательно.
      Ответить
    • toaster > dpi | 14.04.2010 | 00:22 Ответить
      "нарисовать расчетную схему движения броуновской частицы в условиях действия силы тяжести - с учетом того, что и на каждую молекулу воздуха тоже действует сила тяжести, (получается, что в соответствии с расчетной схемой броуновская частица - или пушинка - должна падать на землю с ускорением g = 9,81м/с^2, то есть находиться в свободном падении, а не выписывать кренделя траекторией своего движения)"

      Я наверное тупой, но если мы возьмем и откачаем из сосуда весь газ, и пустим туда одну частицу, то она и будет падать с ускорением свободного падения. А "кренделя" частицы выделывают от того что они не по одиночке летают, а находятся в большой концентрации, в следствии чего очевидно взаимодействуют между собой.

      "Так вот, теплота - это электромагнитное излучение в инфракрасном и далеком инфракрасном диапазонах."

      Так вот, теплота - это энергия. Когда один предмет бьет в другой - кинетическая энергия переходит в тепловую. Если по-вашему передача энергии происходит за счет излучения, то почему же, уважаемый, молоток излучает именно при столкновении?

      "Так что тепловое ЭМИ - это и есть тот самый "флогистон" древних. Правда, это не газ и не жидкость, а колебания той самой среды, в которой распространяется электромагнитное излучение"

      Электромагнитные волны - это колебания электрического и магнитного поля, распространяющиеся в пространстве прямолинейно.Причем тут колебания среды, я не знаю. Без среды - в вакууме они тоже распространяются отлично.
      Ответить
  • микроскоп  | 05.09.2010 | 18:59 Ответить
    Очень понравилась история про токаря с тупой фрезой))Теплота это следствие взаимодействия энергий и материи препятствующией ей ,то есть самодостаточных систем и внешнего воздействия-по большей части безхозная энергия,одни токи фуко чего стоят,не говоря уж о старых трубах...
    Ответить
  • dpi  | 17.10.2012 | 12:26 Ответить
    На самом деле теплота - это, как и свет, электромагнитное излучение молекул, у которых электроны перескакивают с одного энергетического уровня на другой.
    Подробнее об этом - см. "Физический смысл адиабатных процессов"
    Вот ссылка на статью: http://yadi.sk/d/kvSz13rqKSWN
    Ответить
  • norik  | 24.11.2013 | 17:57 Ответить
    Автор прав только в одном, что современная теория теплоты зашла в тупик. Прав он и в том, что древние интуитивно были ближе к понятию теплота, обозначив ее как флогистон. На самом деле теплота передаются квантами. На основе экспериментальных данных о теплоемкости и теплопроводности веществ в широком интервале температур, нам удалось вычислить массу покоя теплового кванта, которая оказалась равной массе покоя мюона (вот почему тепловые и электрические процессы так похожи).
    Ответить
  • Филатов  | 01.03.2014 | 13:06 Ответить
    Вообще то теория флогистона более современна. В каменном веке была теория возникновения теплоты из за ударения твёрдым предметом об такой же предмет. Когда люди поумнели то создали вполне работоспособную теорию о существовании флогистона, интуитивно предвосхищая открытие фотона.Потом произошла деградация учёных и вернулись к МКТ. Энергия равна энергии фотона умноженная на количество фотонов. Для газа энергия молекулы равна энергии фотона при данной температуре, то есть энергия газа E = N*e = N*h*c/y = N*h*c*T/b = N*k*T. где b,k - постоянные Вина и Больцмана. Число молекул равно отношению объёма газа к объёму молекулы N = V/y^3 = V*T^3/b^3. E = h*c/b^4 * V*T^4.
    Ответить
Написать комментарий
Элементы

© 2005-2017 «Элементы»