История создания псевдонауки
... мы тогда уверены в познании
всякой вещи, когда узнаём её первые причины, первые начала и разлагаем её
вплоть до элементов
Аристотель, «Физика»
Использование тепловых процессов и
термометрия до появления науки
Добывать огонь для тепловой обработки мяса,
т.е. использовать тепловые процессы на практике, умели ещё более похожие на
обезьян, чем на людей, австралопитеки,
жившие несколько миллионов лет тому назад. Что же касается древних людей,
появшихся впервые на земле во время ледникового периода несколько сот тысяч лет
назад, то они уже были вынуждены использовать огонь и создаваемое им тепло не
только для приготовления пищи, но и для создания обогреваемого жилья.
В неолите, т.е. около 10 тыс. лет назад,
вместе с земледелием и оседлым образом жизни появилась керамика. Это означает,
что, кроме открытых очагов для приготовления пищи и отопления, в которых из-за
рассеяния тепла в окружающее пространство невозможно было получить температуру
выше 200-300 °С, люди научились создавать специальные закрытые печи для обжига
глины при температуре 800-900 °С. /* При обжиге глины
происходит частичное расплавление и спекание составляющих её микрокристаллов,
что при более низкой температуре невозможно */
Примерно 5 тыс. лет назад появились
медеплавильные печи, в которых достигалась уже температура около 1100 °С. /* Более слабый нагрев не подходит, т.к. медь плавится при
температуре 1085 °С */. Получение столь высокой температуры требовало
применение специальной формы свода печи типа параболоида, позволяющей
сфокусировать отражаемый лучистый поток на обрабатываемой руде. Сооружение
таких печей требовало также достаточно ясных представлений о потерях тепла и
необходимости их понижения с помощью тепловой изоляции, а также выработке
определённых способов оценки степени нагрева, т.е. какой-то элементарной термометрии.
Не менее важна была термометрия в кузнечном
деле, когда из продукта металлургического производства крицы – куска мягкого, губчатого железа – с помощью
многоступенчатого процесса ковки получались готовые к употреблению топоры,
ножи, мечи, лемехи плугов и другие полезные предметы. И поскольку кузнечное
ремесло дожило в практически неизменном виде до ХХ века, мы хорошо знаем, какие
термометры были у кузнецов. В качестве прибора для измерения температуры они
использовали получаемые человеком при рождении пирометры
– его собственные глаза, умеющие различать цвета, их оттенки и яркость, а
основными градациями температуры были тёмно-красное,
светло-красное и белое каление.
От Филона-механика (середина III века до н.э.)
до Галилея (конец ХVI века н.э.)
Появление Александрийского Мусейона –
первого государственного университета и научно-исследовательского института
Хотя учёные античной Греции
занимались самыми разными вопросами от философии до астрономии, главные
результаты, имеющие непреходящее значение, были достигнуты в геометрии. Успехи
в области физики были несравненно менее впечатляющими и это легко объяснимо –
никакое реальное продвижение в физике невозможно без эксперимента. Поэтому, в
отличие от геометра, которому для работы ничего не нужно, кроме еды, крыши над
головой и доступа к трудам своих коллег, физик должен быть обеспечен ещё и
материальной базой эксперимента – материалами и инструментами для создания
экспериментальных установок, а также услугами мастеров, способных по его
указаниям эти установки изготовить.
Материальная база для
экспериментов заведомо отсутствовала в начале и середине IV века до н.э. в первых научных учреждениях
Афин – Академии Платона и Лицее Аристотеля, существовавших на
довольно скромные средства своих создателей. Принципиально другая ситуация
сложилась, однако, после смерти Александра Македонского в 323 г. до н.э., когда
в одной из важнейших частей его огромной империи – Египте – власть оказалась в
руках ближайшего соратника Александра, талантливого и энергичного Птолемея. В
305 г. до н.э. Птолемей провозгласил себя царём Египта и стал называться
Птолемей I Сотер I (Ptolemy I Soter I).
В экономике созданной Птолемеем I державы со столицей в Александрии
господствовала государственная собственность с централизованным планированием и
распределением ресурсов [Свенцицкая И.С. Эллинистический Египет], т.е.
произошла реставрация государственного
социализма, существовавшего на протяжении двух тысяч лет в Древнем
Египте. Практически весь многочисленный чиновничий аппарат созданной Птолемеем I системы управления, а также большинство
купцов и технических специалистов в его царстве составляли привлечённые им
греки. Получившийся синтез технологических достижений египетской цивилизации с
развитым кораблестроением и мореходным искусством греков создал условия для
быстрого роста экономической и политической мощи Птолемеевского Египта.
Заботясь об укреплении престижа и
славы своей державы, Птолемей I считал необходимым всемерно способствовать развитию существовавших в то
время наук – геометрии, астрономии, медицины и литературы. С этой целью он
решил построить в столице своей державы Александрии комплекс зданий для
размещения в нём Мусейона («храма
муз») – учреждения, которое должно было сочетать в себе по современной
терминологии университет и научно-исследовательский институт.
Строительство Мусейона было
закончено уже после смерти Птолемея I во время царствования его наследника Птолемея II Филадельфа (Ptolemy II Philadelphus). В Мусейоне имелось всё, о чём только может
мечтать учёный и студент (залы для учебных занятий и комнаты для уединённой
работы, ботанический и зоологический сады, башня, снабжённая инструментами и
приборами для астрономических наблюдений, и, наконец, рекордная по своим
размерам библиотека, в которой в период её полного развития было собрано
несколько сот тысяч папирусных свитков), а пользующиеся всем этим великолепием
счастливцы получали от царя ещё и вполне достойную зарплату!
Однако, при всём своём кажущемся
совершенстве проект Мусейона, как это обычно бывает для долгостроев, не мог
предусмотреть всех потребностей, которые могут появиться в будущем. В
частности, его авторы не предвидели появление физики и необходимость
материальной базы для постановки экспериментальных исследований.
Архимед из Сиракуз: фундаментальное
образование → прикладные задачи → прикладная наука →
фундаментальная наука
Как ни странно, определённое влияние на
появление физики как науки в Александрии оказали политические события,
происходившие в то же время в несколько другом месте – на крайнем Западе
эллинистического мира, в большом и богатом торговом городе-порте Сиракузах. B III веке до н.э. Сиракузы очутились
в центре ожесточённого военного конфликта между двумя сильнейшими державами
западного Средиземноморья – Римом и Карфагеном – и, в частности, I и II Пунических
войн. Единственное, что давало городу возможность в этих условиях мирно жить и
процветать в течение примерно 50 лет – это умная, взвешенная и расчётливая
политика царя Сиракуз Гиерона II (Hiero II of Syracuse), сумевшего сохранить одновременно хорошие отношения с Римом и свою
независимость.
Ещё в
самом начале своего царствования (270 г. до н.э.) Гиерон заметил выдающиеся
способности своего юного родственника Архимеда (Archimedes of Syracuse) и дал ему возможность после домашнего обучения
геометрии и астрономии под руководством отца, астронома и математика Фидия,
завершить образование в Александрийском Мусейоне.
Вскоре
после возвращения на родину Архимед обнаружил необыкновенный талант эффективно
решать все ставившиеся перед ним технические проблемы, изобретая всё новые
приспособления и устройства. Бόльшая часть изобретений Архимеда была связана с обеспечением
обороноспособности Сиракуз, однако решение задач, возникавших в мирной
повседневной жизни, также занимало достойное место.
/*В
частности, по преданию, прославившимся своим мастерством корабелам Гиерона
никак не удавалось спустить на воду побивший все рекорды по своим размерам
многопалубный корабль «Сиракузия», построенный в качестве подарка Птолемею II. Узнав об этом, Архимед через
некоторое время в присутствии царя и восторженной публики легко проделал эту
работу одной рукой с помощью изобретённого и построенного им устройства полиспаст.*/
Как известно, даже у самых гениальных
изобретателей новые изделия никогда не дают желаемый эффект в полном объёме с
первого раза, а эффектным демонстрациям действия изобретённых устройств всегда
предшествует долгая, утомительная и кропотливая работа, включающая создание и
испытание опытных образцов, исправление
выявленных недочётов, повторные испытания и т.д. до получения устраивающего
автора результата. Именно благодаря такой тщательной доводке, изобретенные
Архимедом оборонительные устройства безотказно сработали в 214 г. до н.э. во
время штурма Сиракуз римлянами.
/* После смерти Гиерона II в 216 г. до н.э. правителем Сиракуз стал его внук
Гиероним – надменный и жестокий человек, начисто лишённый необходимых для
успешного правителя качеств. Вскоре Гиероним был убит в результате заговора, а
возникшая после этого смута была подавлена карфагенянами, которые сумели
заручиться расположением народной массы, представив себя «освободителями города
от тиранов». В результате Сиракузы оказались союзниками Карфагена во II Пунической войне и,
следовательно, врагами Рима. Военные орудия, изобретённые Архимедом, помогли
отразить попытку римлян взять Сиракузы штурмом, однако всё равно город пал
после двухлетней осады, был разграблен римлянами и навсегда потерял свое
политическое и экономическое значение, а Архимед был убит случайно
встретившимся с ним римским солдатом.
Таким образом, главное дело
жизни Архимеда – создание оборонительной техники – никак не спасло его родину,
когда правителем оказался непригодный для этой роли человек.*/
Исключительная плодовитость
Архимеда-изобретателя определялась тем, что он всегда старался сократить
количество промежуточных опытных образцов за счёт возможно более точного
предварительного расчётного выбора параметров проектируемой конструкции.
Однако, достоверный расчёт любого устройства требует наличия достаточно
надёжной математической модели определяющих её работу физических процессов, а
поскольку таких моделей в готовом виде в то время не было, их приходилось
создавать по ходу дела. Поэтому изобретательская деятельность Архимеда была
часто связана с созданием новых научных направлений и целых наук.
/* Некоторые примеры.
·
При
выводе потребовавшейся ему формулы для объёма шарового слоя Архимед разработал и
строго обосновал процесс получения интеграла
как общего предела нижней и верхней интегральных сумм.
·
Архимед
инициировал появление механики (греч.
μηχανική — искусство построения машин), которая из
чисто прикладной науки превратилась со временем в базовую науку фундаментальной физики и создал с нуля один
из основных разделов механики – статику.
·
В
области механики жидкости заслуги Архимеда не ограничились, как это обычно
считают, гидростатикой. Достаточно
заметить, что работа изобретённого им устройства для подъёма воды (винт Архимеда)
основана исключительно на динамических эффектах (при уменьшении скорости
вращения шнека вода не просто перестаёт подниматься, а проливается вниз). Зная
стиль работы Архимеда, можно с большой достоверностью предполагать, что им была
разработана в каком-то виде и гидродинамика.
*/
Разработка новой техники – это всегда длительный дорогостоящий процесс, требующий
для своей реализации одновременного выполнение двух условий:
·
наличие у изобретателя достаточных образования, таланта и
упорства;
·
достаточно щедрого выделения средств спонсором
разработки.
/* Последнее обстоятельство
хорошо понимал живший во II веке до н.э. греческий историк Полибий (Polybius). В своей «Всемирной истории», рассказывая о
впечатляющих изобретениях Архимеда, Полибий пишет: «... Оно и понятно, так как
Гиерон дал на них деньги, а Архимед изобрел и мастерски исполнил». */
Александрийские математики-изобретатели
Вероятно, под влиянием дошедших
до него слухов об успехах Архимеда, друг Гиерона II Птолемей II буквально в это же время обеспечил материальную базу для экспериментов
проявившим склонность к изобретательству математикам: первому директору
Мусейона Ктезибию (Ctesibius) и его коллеге Филону, которого, чтобы отличить
от жившего на два с половиной столетия позже философа Филона Александрийского,
называют Филоном-механиком или Филоном из Визáнтия (Philo of Byzantium).
Хотя по своему назначению, как
видно из дошедшего до нас трактата Филона Механика,
устройства, изобретённые Ктезибием и Филоном, были во многом сходны с
изобретениями Архимеда – и те, и другие преимущественно имели военную
направленность, можно заметить и существенное отличие – невоенные изобретения
Ктезибия и Филона имеют целью, главным образом, развлечение гостей дворцовых
увесилительных мероприятий. Главная же отличительная особенность изобретений
учёных Александрии заключается в характере процессов, определяющих их работу, –
это были, чаще всего, устройства либо использующие энергию предварительно сжатого воздуха (пневматические), либо тепловую энергию.
О строении материи и о физической
сути используемых процессов у Ктезибия и Филона были довольно своеобразные
атомистические представления. Как и большинство греческих философов, начиная с
Эмпедокла (Empedocles), они считали, что материя состоит из
четырёх элементов: воздуха, воды, земли и огня. Кроме того,
они, как и Демокрит (Democritus), полагали, что материя состоит из
частиц, разделённых пустотой. При сближении частиц на расстояние, меньшее
«привычного» для них, они начинают отталкиваться друг от друга, что и создаёт
упругость сжатого воздуха. К тому же эффекту приводит нагрев тела, когда между
частицами материи внедряются расталкивающие их частицы огня.
При разработке предлагаемых
конструкций авторы даже не пытались произвести какие-либо расчётные оценки,
опирающиеся на количественно определённые понятия. Как видно из содержания
трактата Филона, вместо этого они старались максимально прояснить физическую
суть вводимых понятий, давая им чёткие и логически безупречные определения.
Будучи воспитанными на Началах Евклида,
бывшего, как принято считать, одним из первых сотрудников Мусейона, Ктезибий и
Филон старались не только выявить, но и строго обосновать качественные
соотношения между введенными понятиями с помощью хорошо продуманного
эксперимента, имеющего характер доказательства математической теоремы.
Примером такого строгого подхода
является приведенное Филоном доказательство теплового расширения воздуха с
помощью специально изобретённого им термоскопа
– прибора, позволяющего воочию убедиться в справедливости доказываемого
утверждения. Термоскоп Филона включал в себя (см. Philo's thermoscope, c 250 BC):
- пустой (т.е. содержащий только воздух)
свинцовый шар;
- стеклянный сосуд, частично заполненный
водой;
- трубку, один конец которой соединён со
свинцовым шаром, а второй конец погружён в воду, содержащуюся в стеклянном
сосуде.
Когда свинцовый шар нагревается с помощью
горелки или выставленный на солнце, содержащийся в нём воздух расширяется и
вытесняет воздух в трубке, что можно наблюдать по пробулькивающим сквозь воду
пузырям. Если после этого свинцовый шар охладить, поместив в тень или полив
холодной водой, воздух в нём сжимается, а на место вытесненного при нагреве
воздуха поступает вода из стеклянного сосуда, что проявляется в заметном
понижении уровня воды в нём.
/* Как видно из описания эксперимента,
содержащий воду сосуд не зря был сделан из стекла – именно его прозрачные
стенки позволяли увидеть выход пузырей воздуха из трубки при нагреве свинцового
сосуда и снижение уровня воды при его охлаждении и возвращении в него воздуха.
Таким образом, изобретение Филона существенно опиралось на разработанную ранее
египетскими стекловарами технологию изготовления прозрачных стеклянных
сосудов.*/
Ктезибий и Филон из Визáнтия были первыми в
мире специалистами по теплофизике
и первыми учёными, применившими экспериментальный
метод в физике.
После
Ктезибия и Филона Мусейон существовал ещё около четырёхсот лет, но всё это
время было отмечено постепенным понижением политической и экономической мощи
царства Птолемеев, так что у всех последующих царей уже не возникало ни
желания, ни возможности финансировать изобретательство и физический
эксперимент. Более того, с ослаблением экономики и, как следствие, снижением
среднего жизненного уровня населения ослабело и желание молодых людей
заниматься абстрактными проблемами. Поэтому даже в таких не требующих
дополнительных материальных вложений науках, как математика и астрономия, после
III века до н.э., когда в
Мусейоне работали или были связаны с ним такие выдающиеся учёные, как
математики Евклид (Euclid), Архимед, Аполлоний (Apollonius of Perga) и астроном Аристарх (Aristarchus of Samos),
даже близкие к ним по уровню специалисты больше не появлялись.
/* Знаменитый астроном Клавдий
Птолемей (Claudius Ptolemaeus), работавший в Мусейоне уже во II веке н.э., не может служить опровергающим этот тезис контрпримером. Как
было выяснено Робертом Ньютоном (Robert Russell Newton) в 1977 г., а затем подверждено расчётами российских учёных Ю.Н. Ефремова и
Е.К Павловской, Клавдий Птолемей был не самостоятельным учёным, а лишь автором
обширного справочника Альмагест (Almagest), основанного, главным
образом, на идеях Гиппарха (Hipparchus), который жил в Никее во II веке до н.э. и не имел отношения к Мусейону.*/
На протяжении почти всего времени существования
Мусейона его великолепными условиями для научной работы пользовались почти
исключительно бесплодные в научном отношении «брадатые мудрецы», а подавляющая
часть свитков богатейшей Александрийской библиотеки никогда и никем не была
прочитана.
XVII век – первая половина XVIII века.
Время, когда термин температура ещё не использовался
Состояние науки к началу рассматриваемого периода
В XVI веке наиболее продвинутой
наукой была математика, в которой запас знаний далеко превосходил тот, который
изучается сейчас в средней школе. Значительные достижения имелись также в
астрономии – достаточно отметить учение Коперника. Однако, такая наука, как
физика, ещё полностью отсутствовала, а знания о тепле ограничивались
содержанием книги Филона-Механика.
/* В частности, о
взглядах Галилея на тепло можно судить по приведенной Марио Льоцци
цитате из книги Галилея Пробирщик: «...
я весьма склонен думать, что .. те вещества, которые заставляют нас чувствовать
тепло и которые мы называем общим именем «пламя», представляют собой множество
мелких частиц той или иной формы, движущихся с той или иной скоростью, которые,
встречаясь с нашим телом, проникают в него с величайшим проворством; их
прикосновение, осуществляемое при проникновении в нашу ткань и ощущаемое нами,
и есть то воздействие, которое мы называем теплом, приятным или неприятным в
зависимости от величины и большей или меньшей скорости этих малых частиц,
которые колют и пронизывают нас». */
Сам термин тепло употреблялся в разных значениях и,
в частности, в смысле степень нагрева,
а термин температура ещё не был
введен в употребление.
Термоскоп Галилея
В 1592 году Галилей (Galileo Galilei), которому тогда было 28 лет, получил
место профессора математики в престижном и богатом университете г. Падуя.
Однако круг интересов Галилея отнюдь не ограничивался математикой. Он активно
занимался вопросами астрономии, механики и именно его работы положили начало
развитию физики как науки.
/* Согласно
Марио Льоцци, «Падуанский университет делился тогда на два отделения - юридическое и артистическое. Последнее, к которому и принадлежал Галилей,
охватывало теологов, философов и медиков. Большинство слушателей Галилея
состояло из обучающихся медицине; изучив начала геометрии, они переходили к
изучению астрономии, необходимой для того, чтобы приступить к астрологии -
предмету, который должен был знать каждый уважающий себя медик»*/.
Галилей был блестящим преподавателем и его
лекции всегда проходили в переполненных аудиториях. Заинтересовать студентов
Галилею помогал, в частности, талант изобретателя, позволявший ему создавать
прекрасные наглядные пособия. Одним из таких пособий был термоскоп, в котором
Галилей, используя технологические достижения венецианских стеклодувов, добился
значительно большей наглядности, чем была у Филона-Механика.
Главной частью термоскопа
Галилея был стеклянный шар размером примерно с куриное яйцо с
припаянной к нему и опущенной в окрашенную жидкость (обычно это было красное
вино) тонкой, как пшеничный стебель, стеклянной трубкой. Когда воздух в шаре
разогревался ладонями профессора, уровень жидкости в трубке опускался на
величину, пропорциональную отношению объёма шара к площади сечения трубки. В
этом и состояла главная находка Галилея, использованная затем всеми создателями
термометров, основанных на тепловом расширении – делая трубку достаточно
тонкой, можно получить вполне ощутимое перемещение уровня жидкости при
незначительных изменениях объёма газа.
Первые попытки превратить термоскоп в измерительный прибор
Демонстрации термоскопа на
лекциях проводились Галилеем в первом десятилетии XVII века, а уже во втором десятилетии были сделаны
попытки превратить его термоскоп в прибор, количественно измеряющий «степень
тепла» любого физического тела. Пионером в этом деле был старший по возрасту
коллега Галилея по университету в Падуе, профессор медицины Санторио (Santorio Santorio). Санторио был не только врачом, но и первым в
мире учёным-физиологом, старавшимся в своих исследованиях опираться на
объективные данные приборов, а не на субъективные ощущения человека. Измеряющий
тепло прибор ему был нужен, в частности, для оценки степени жара больного при
лихорадочных состояниях.
Главная идея созданного Санторио
прибора состояла в том, чтобы нанести на трубку прибора шкалу – равноудалённые
друг от друга метки, привязанные к физическим состояниям, соответствующих
определённым степеням тепла. После серии экспериментов, в ходе которых
проводящий испытания человек брал шар с воздухом в рот, дышал на него,
укрывшись покрывалом и т.д., Санторио убедился в том, что его прибор громоздок,
неудобен и вряд ли можно рассчитывать на его широкое применение.
Вскоре после Санторио практически
тот же способ измерения степени тепла тел с помощью измерения объёма,
занимаемого фиксированной массой воздуха, был применён жившим в Венеции другом
Галилея математиком, естествоиспытателем и изобретателем Сагредо (Giovanni Francesco Sagredo).
Целью Сагредо было получение закономерностей процессов нагрева и охлаждения
различных предметов на воздухе при изменении погодных условий. После проведения
серии экспериментов Сагредо свои опыты также прекратил.
Появление прибора, основанного на измерении
объёма жидкости
Следующий важный шаг был сделан в 1641 году
жившим во Флоренции естествоиспытателем и изобретателем Фернандо Медичи (Ferdinando II de' Medici, Grand Duke of Tuscany), который был учеником и почитателем Галилея, а
также, по случайному стечению обстоятельств, Великим герцогом Тосканским
Фердинандом II.
Прототипом, на который опирался
Медичи, был всё тот же термоскоп Галилея, а главное отличие изобретения от
прототипа состояло в том, что шар наполнялся не воздухом, а специальной термометрической жидкостью (у Медичи это
был винный спирт), изменение объёма которой при нагреве определялось с помощью
равномерной шкалы, нанесенной на трубку.
Заметив,
что градуировка шкалы постоянно сбивается из-за испарения спирта, Медичи в 1654
году решил открытый конец трубки запаять. Так
появилась конструкция прибора, сохранившегося в практически неизменном виде до
наших дней, названного позднее жидкостным
термометром и нашедшего многообразные полезные применения.
/* Сам по себе термин термометр, введенный в середине XVII века английским изобретателем Дреббелем (Cornelius Drebbel), образован от греческих
корней θερμο
(тепло) и μετρο
(измерять)*/
Дальнейшие
усовершенствования конструкции Медичи, проведенные во второй половине XVII и всего XVIII века
касались исключительно способов построения шкалы и, в частности, выбору двух фиксированных контрольных точек,
степень тепла которых можно считать постоянной и стабильно воспроизводимой в
различных условиях эксперимента. После нанесения на шкалу рисок,
соответствующих обеим фиксированным точкам, оставалось только разделить
промежуток между ними на заранее обусловленное число равных частей. Эти деления
шкалы назывались градусами (лат. gradus — шаг, ступень, степень),
а показание термометра градусом теплоты.
Позднее различными
исследователями был опробован целый ряд термометрических жидкостей. В
результате остановились на двух вариантах – винный спирт и ртуть – каждый из
которых имел свою область применения.
Легко воспроизводимые фиксированные точки, пригодные как для
спиртового, так и для ртутного термометра, после многочисленных экспериментов,
проведенных в 1708-1724 годах предложил немецкий изобретатель и
естествоиспытатель Фаренгейт (Daniel Gabriel Fahrenheit). В качестве нижней фиксированной точки он взял
градус теплоты таяния льда, смешанного с нашатырём (примерно – 18 °С), в
качестве верхней – градус теплоты таяния чистого льда (0 °С), а промежуток
между ними разделил на 32 равных промежутка. Значительно позднее, в 1742 году
шведский учёный Цельсий (Anders Celsius) предложил свою шкалу с фиксированными точками,
соответствующими таянию чистого льда (0 °С) и кипению воды при нормальном
давлении (100 °С). Верхняя из этих точек была более удобна для ртутных
термометров, но совершенно непригодна для спиртовых.
Почему жидкостный термометр является
псевдо-измерительным прибором
Поскольку величиной,
непосредственно измеряемой с помощью прибора Медичи, является выраженный в
градусах соответствующей шкалы удельный объём термометрической жидкости,
сделанное в дальнейшем объявление этого прибора термометром равносильно
введению определения понятия градус
теплоты, состоящему из двух частей:
·
градус теплоты термометрической жидкости
равна её удельному объёму, выраженному в градусах принятой шкалы;
·
градус теплоты любого тела равна показанию
жидкостного термометра, находящегося с ним в состоянии теплового равновесия.
Первая часть этого определения
основана на предположении, что изменение удельного объёма при нагреве протекает
одинаково у всех жидкостей, так что совпадение показаний термометра в
фиксированных точках автоматически обеспечит совпадение и во всех других точках
шкалы. Однако позднее, в 1739 году французский исследователь Реомюр (René
Antoine Ferchault
de Réaumur) обнаружил, что показания ртутного и спиртового термометров, вообще
говоря, не совпадают, так что ртутный термометр показывает
«ртутный градус теплоты», а спиртовый – «спиртовый градус теплоты» [Quinn, N.J. Temperature.
Что же касается второй части определения, то оно предполагает возможность
состояния теплового равновесия между термометрической жидкостью и объектом
измерения. В этом состоянии градус теплоты термометрической жидкости должен
быть одинаков во всём занимаемом ею объёме и совпадать с градусом теплоты
стеклянной оболочки термометра и градусом теплоты измеряемого объекта во всех
точках области, прилегающей к поверхности термометра. Однако,
поскольку
такое равновесное состояние в макроскопических объёмах никогда не достигается,
вся вторая часть определения теряет какой-либо смысл.
Таким образом, жидкостные термометры основаны на некорректном
определении понятия «градус теплоты» и являются псевдотермометрами.
Нужно отметить,
что для подавляющего большинства имевших место в дальнейшем практических
применений термометра (в метеорологии – для измерения температуры воздуха, в
медицине – для измерения температуры тела и т.д.) абсолютно безразлично, что на
самом деле этот прибор измеряет и каков физический смысл понятия «градус
теплоты» или «температура». Важно только, чтобы в сходных условиях результаты измерений разными приборами, а также
одним и тем же прибором, но в разное время, совпадали с приемлемой точностью.
Жидкостные термометры этим требованиям удовлетворяли, что и обусловило их
успешное применение на протяжении трёх с половиной веков, прошедших после
изобретения.
Изобретение барометра и первые настоящие
физические законы
В 1644 году Торричелли (Evangelista Torricelli),
последователь Галилея и его преемник на посту заведующего кафедрой математики в
университете Падуи, опубликовал результаты своих исследований и описания
изобретений, среди которых было открытие существования атмосферного давления и вакуума,
а также конструкция ртутного барометра
– прибора, измеряющего давление,. Эти результаты очень скоро стали известны по всей
Европе и дали мощный толчок новым исследованиям. Уже через два года, в
1646-1647 годах Блез Паскаль во Франции, используя барометр, не только повторил
опыты Торричелли и подтвердил существование атмосферного давления, но и
организовал исследования, обнаружившие его изменения с высотой, а в 1653 открыл
независимость давления в жидкости от направления площадки (закон Паскаля). Закон Паскаля, являясь обобщением экспериментальных данных,
был, по-видимому, вторым настоящим физическим законом.
/* Первым
был закон Галилея о независимости времени свободного падения тела от его
размеров и массы*/
Вскоре после этого начал свои исследования
с использованием барометра работавший в Оксфорде Бойль (Robert Boyle). В 1662 году
он опубликовал результаты экспериментов, подтвердивших высказанную годом раньше
Пауэром (Henry Power)
гипотезу о постоянстве произведения удельного объёма воздуха на давление при
фиксированном градусе теплоты. Это было следующее за
законом Паскаля утверждение, достойное считаться физическим законом, и первое
из относящихся к газовым законом. По иронии судьбы оно называется теперь
законом Бойля-Мариотта.
Конденсационный вакуум и его практическое
использование
Идея о понижении давления в закрытом сосуде
при конденсации находящегося в нём пара возникла почти сразу же после
изобретения барометра. Уже в 1663 году английский аристократ-изобретатель Сомерсет (Edward Somerset, 2nd Marquis of Worcester) не только знал об этом явлении, но и нашёл ему практическое применение
в конструкции насоса для обеспечения водой фонтанов.
Задача изобретённого и построенного
Сомерсетом всасывающего насоса состояла в том, чтобы поднять воду из природного
источника на высоту водонапорной вышки, на которой находился накопительный
танк. Насос располагался непосредственного над накопительным танком и состоял
из бойлера и двух соединённых с ним баков. Каждый из баков наполнялся паром из
бойлера, после чего орошался холодной водой, чтобы заставить пар
сконденсироваться. Полученный при конденсации пара вакуум засасывал через трубу
из источника в бак воду, которая затем по другой трубе сливалась в
накопительный танк. При поочерёдной работе двух баков поставка воды в
накопительный танк проходила практически в непрерывном режиме.
То же явление конденсационного вакуума, но
в аппарате, содержащем цилиндр с перемещающимся в нём поршнем, экспериментально
продемонстрировал в 1690 году французский учёный и изобретатель Папен (Denis Papin),
живший и работавший в то время в Германии. В работе, называвшейся Nouvelle méthode pour obtenir à bas prix des forces considérables (Новый
метод дешёвого получения значительных сил), Папен рассмотрел устройство,
представляющее собой сообщающийся с атмосферой сверху вертикальный
цилиндрический сосуд со вставленным в него поршнем. В начале процесса на дно
сосуда под поршень наливалось некоторое количество воды, после чего под сосудом
зажигалась горелка, вода на дне закипала, а повышающееся давление пара в
пространстве под поршнем поднимало его в крайнее верхнее положение, где он
временно закреплялся с помощью защёлки. После этого горелка удалялась, стенки
цилинра остывали, пар конденсировался на стенках, давление в пространстве под
поршнем понижалось, а возникшая разность давлений сверху и снизу поршня при
освобождении поршня от захвата давала возможность атмосферному давлению
произвести значительную механическую работу.
В 1698 году английский механик Сейвери (Thomas Savery) получил патент на паровой насос, конструкция которого была настолько
близка к устройству, разработанному Сомерсетом, что считается его прямой
копией. Несколько позднее Сейвери внёс своё усовершенствование, заменив
охлаждение стенок баков водой снаружи впрыскиванием воды непосредственно в
бак.
Понимая, что на фонтанах много не
заработаешь, Сейвери при получении патента надеялся, что его насос может найти
широкое применение для откачки воды из шахт и назвал его Miner's Friend (Друг шахтёра). Однако дело ограничилось
небольшим числом экспериментальных образцов, т.к., из-за общего для всех
всасывающих насосов ограничения, конструкция устройства могла обеспечить высоту
подъёма не более 9,6 м, что было недостаточно для практических нужд.
Всасывающий насос Сомерсета-Сейвери
был первым нашедшим практическое применение устройством, использовавшим энергию
нагретого пара и атмосферное давление для совершения механической работы по
подъёму воды.
Взгляды на процесс горения и теория
флогистона
В 1669 году немецкий врач и алхимик Бехер (Johann Joachim Becher) изложил свои взгляды на строение материи
в книге Подземная физика (полное
название: Acta laboratorii chymici monacensis,
seu physicae subterraneae). По представлениям Бехера все тела состоят из
воздуха, воды и трёх земель: terra pinguis (жирная или горючая земля), terra lapidea (стеклующаяся земля) и terra fluida seu mercurialis (текучая или ртутная земля). Бехер
считал, что гореть могут только тела, содержащие terra pinguis, которая
выделяется в процессе горения, а остающаяся зола представляет собой смесь terra lapidea и terra fluida.
Теорию Бехера развил другой немецкий учёный
Шталь (Georg Ernst Stahl) в книге Zymotechnia fundamentalis sive fermentalionis theoria generalis, изданной в 1697 году. Термин terra pinguis Шталь заменил на флогистон, который
рассматривался им как освобождающаяся при горении субстанция, не имеющая цвета,
вкуса, запаха и массы. Содержащие флогистон горючие материалы Шталь называл флогистицированными, а процесс горения
связывал с их дефлогистированием.
Открытие Амонтоном псевдозакона Шарля и
ограниченности градуса теплоты снизу, изобретение воздушного термометра
Хронологически следующим за законом
Бойля-Мариотта был газовый закон, называемый законом Шарля (Jacques Alexandre César Charles), но, на самом деле, открытый французским изобретателем и иследователем
Амонтоном (Guillaume Amontons) в 1702 году примерно за 80 лет до Шарля. Проведя серию экспериментов,
Амонтон обнаружил что для воздуха, занимающего фиксированный объём, приращение
давления пропорционально приращению градуса теплоты или, иначе, давление является линейной функцией от градуса
теплоты.
Говоря точнее, так думал Амонтон и так воспринимались
его результаты в дальнейшем на протяжении более века и, в частности, во времена
Шарля и Гей-Люссака. Однако, как мы понимаем теперь, выводы Амонтона должны
были относиться к «спиртовому» или «ртутному градусу теплоты», в зависимости от
того, каким термометром он пользовался.
Всякие
утверждения о характере зависимости чего-либо от градуса теплоты
бессодержательны, пока не определено, что такое градус теплоты.
Таким образом, Амонтону повезло, что честь
открытия нового псевдозакона прочно ассоциировано не с его именем, а с именем
Шарля.
Между тем, Амонтон не ограничился
констатацией факта линейной зависимости между давлением и «градусом теплоты», а
предложил основанный на этой зависимости воздушный
термометр. Другими словами, он предложил новое определение градуса тепла,
альтернативное основанному на жидкостном термометре:
·
градус теплоты воздуха, находящегося в
сосуде с фиксированным объёмом, равен давлению в нём, выраженному в градусах
принятой шкалы.
·
градус теплоты любого тела равна показанию
воздушного термометра, находящегося с ним в состоянии теплового равновесия.
Как показали дальнейшие исследования,
относящиеся к XIX веку,
первая часть этого определения вполне допустима для достаточно широкой области
давлений и температур, описываемой как идеально-газовое
состояние. Однако, поскольку вторая
часть некорректна по тем же самым причинам, что и для жидкостного
термометра, в целом определение понятия
«градус теплоты» на основе воздушного термометра также является
псевдоопределением.
/* Термометр Амонтона представлял собой
частично заполненную ртутью U-образную стеклянную трубку,
один конец которой был присоединён к баллону с воздухом (чувствительному
элементу, который должен прийти в состояние теплового равновесия с объектом
измерений), а другой – открыт в атмосферу. Разность уровней ртути в коленах
трубки пропорциональна разности между давлением воздуха в баллоне и атмосферным
давлением, т.е. прибор Амонтона был на самом деле первым дифференциальным
манометром. Такой термометр был настолько громоздок, неудобен и
одновременно неточен, что об использовании его в лабораторной практике не могло
быть и речи, однако основанные на том же принципе газовые термометры стали в
дальнейшем базой термометрии.*/
Принципиально важным научным результатом
Амонтона был вывод о том, что значения определяемого воздушным термометром градуса
теплоты должны быть ограничены снизу, т.к. давление воздуха не может быть отрицательным.
Именно эта нижняя граница и была принята в дальнейшем в качестве абсолютного
нуля в шкале Кельвина.
«Атмосферная» машина
Ньюкомена
Изобретателем первой машины,
преобразовывавшей тепловую энергию в механическую работу по перемещению поршня,
был английский баптистский проповедник и торговец скобяными изделиями Ньюкомен
(Thomas Newcomen). Опытный образец своей машины Ньюкомен построил
в 1705 году с помощью слесаря и стеклодува Колли (John Calley), а работы по доводке конструкции до
уровня исправно работающего промышленного образца продолжались до 1712 года.
Прототипом изобретения Ньюкомена послужил
насос Сомерсета-Сейвери, в котором он заменил бак с водой на цилиндр с поршнем
аналогично тому, как это было в демонстрационном устройстве Папена. Наличие
поршня позволило Ньюкомену с помощью оригинального рычажно-цепного механизма
создать привод не всасывающего, а нагнетательного насоса и создать тем самым
возможность откачки воды из сколь угодно глубоких шахт.
В машине Ньюкомена поршень совершал
циклическое возвратно-поступательное движение, причём каждый цикл разделялся на
два такта.
1. В момент, когда поршень находился в
крайнем нижнем положении, открывался клапан, связывающий бойлер с полостью цилиндра
под поршнем. При этом под давлением пара поршень сдвигался вверх, а на
освободившееся место поступал пар, имеющий те же градус теплоты и давление, что
и в бойлере.
2. В момент, когда поршень находился в
крайнем верхнем положении, закрывался клапан бойлера и в полость цилиндра
впрыскивалась холодная вода, поступающая по отдельной трубе. Охлаждённый этой
водой пар конденсировался, давление в полости цилиндра падало ниже
атмосферного. В этот период атмосферное давление перемещало поршень вниз.
Поскольку на втором такте – основном рабочем
такте машины – поршень перемещался под действием атмосферного давления,
Ньюкомен назвал свою машину «атмосферной». Однако, как
показывает анализ цикла, работа, производимая машиной Ньюкомена, не
зависела от атмосферного давления, а определялась разностью давлений пара при
движении поршня снизу вверх и сверху вниз. Для получения максимальной работы за
цикл нужно постараться увеличить давление при движении поршня вверх (давление
пара в бойлере) и уменьшить – при движении вниз. С этой точки зрения принятый в
машине Ньюкомена способ понижения давления при движении поршня вниз с помощью
впрыскивания холодной воды обладал существенным недостатком – при впрыскивании
холодной воды охлаждались стенки цилиндра и, значит, при движении поршня вверх
на следующем цикле пришедший из бойлера пар должен был потратить часть своей
энергии на нагрев стенок, а компенсация этих потерь приводила в конечном счёте
к увеличению расхода топлива.
Существенным ограничением сферы применения
машины Ньюкомена было наличие в ней только возвратно-поступательного движения.
Поэтому она использовалась почти ключительно для откачки воды из шахт.
Вторая половина XVIII века
Взлёты и падения теории теплорода
Теория теплорода в первоначальной версии и
её «блестящее экспериментальное подтверждение»
Уже начиная с древней Греции, во взглядах
учёных на природу теплоты конкурировали две концепции. Согласно одной из них
теплота – это вид материи, а согласно другой – состояние материи. В XVII веке и начале XVIII века доминировала вторая из этих концепций,
утвердавшая, что теплота есть «движение малых частичек тела». Этих взглядов, по
существу атомистических, придерживались, в частности, Кеплер, Ньютон, Бойль и
Эйлер. Однако уже в середине XVIII века в Европе более популярной стала первая концепция, принявшая вид теории
теплорода. Особенно широкое распространение эта теория получила после
1721 года, когда была издана книга немецкого учёного-энциклопедиста Христиана
фон Вольфа, содержавшая её изложение в общем контексте натурфилософии.
Согласно первоначальной версии теории
теплорода существует невесомая, абсолютно прозрачная и неощущаемая с помощью
осязания жидкость теплород, которая
генерируется при сгорании топлива и под действием солнечного света, а при
контакте двух тел перетекает от тела с большим удельным содержанием теплорода
(содержанием теплорода в единице массы вещества) к телу с меньшим его удельным
содержанием так, что общее количество теплорода при перетекании не изменяется.
Иначе говоря, в это время считали понятия тепло
и теплород тождественными друг
другу, а градус теплоты определялся как
удельное содержание теплорода.
Это простое и наглядное определение
обладало, к сожалению, принципиальным недостатком – оставалось непонятным, как
можно измерить удельное содержание невесомой, невидимой и неощущаемой жидкости?
Ответ состоял в ни на чём не основанном предположении, что градус теплоты измеряется термометром. Более того, как мы имели
возможность убедиться, это предположение не только не обосновано, но и неверно,
т.к.показания разных термометров отличаются друг от друга. Таким образом, даваемое теорией теплорода определение градуса
теплоты было изначально физически некорректным.
Между тем, на основании этого некорректного
определения петербургский физик немецкого происхождения Рихман (Georg
Wilhelm Richmann)
вывел, а затем экспериментально проверил т.н. формулу смешения – первую теоретическую формулу теплофизики. В
статье «Размышления о количестве теплоты, которое должно получаться при
смешении жидкостей, имеющих определённые градусы теплоты», опубликованной в
1750 году, с помощью простых рассуждений Рихман показал, что градус теплоты а, получающийся при смешении п порций одной и той жидкости, имеющих
массы mi и градусы теплоты ai, определяется формулой:
п
п
а = ∑ mi ai / ∑ mi.
1 1
Как мы знаем теперь, эта формула выполняется
лишь приближённо, при условии, что различия между градусами теплоты отдельных
масс жидкости достаточно малы, так что можно пренебречь различием в их
теплоёмкостях. При весьма невысокой точности измерений, которая могла быть
обеспечена в то время, различия между левой и правой частью не превышали
погрешности, так что формула могла считаться хорошо согласующейся с
экспериментом.
/* Если бы публикация состоялась в наше время,
полученное соответствие с экспериментальными данными было бы расценено, как «триумф теории теплорода». Во всяком
случае именно так произошло с формулой Дебая, предсказывающей кубическую
зависимость теплоёмкости кристалла от температуры при низких температурах.
Когда оказалось, что эта зависимость удовлетворительно согласуется с
экспериментом, было объявлено о «триумфе
квантовой теории твёрдого тела» */
Крах первоначальной версии теории теплорода
и появление понятия «температура»
Вскоре после Рихмана шотландский учёный, профессор университета в Глазго Блэк (Joseph Black) провёл серию опытов по
плавлению льда и испарению воды. Результаты экспериментов Блэка, подытоженные
им в 1761 году, оказались совершенно неожиданными для всего научного
сообщества. Оказалось, что подведение тепла («добавление теплорода») к тающему
льду не увеличивает градус теплоты, пока не растает весь лёд. Полностью
аналогичная ситуация имела место и при кипячении воды – градус теплоты при
добавлении теплорода не увеличивался, пока не испарится вся вода. Эти факты Блэк интерпретировал как наличие некоей скрытой теплоты плавления льда и,
соответственно, скрытой теплоты испарения
воды, не проявляющихся в показаниях термометра. В последующих экспериментах
Блэк выяснил, что для разных жидкостей одинаковое изменение градуса теплоты
требует подведения различного количества тепла. Таким образом, представление о том, что градус теплоты
представляет собой содержание тепла в единице массы тела, оказалось неверным.
В результате дальнейших исследований,
проведенных примерно через 10 лет после Блэка, шведский учёный Вильке (Johan Carl Wilcke), пришёл к необходимости полного пересмотра основных концепций теории
теплорода и, в частности, смысла термина «градус теплоты». Сейчас трудно
сказать, кем именно, но примерно в это время было введено взамен градуса
теплоты понятие температура, которое означало теперь не количество теплоты в
единице массы, а некий условный уровень содержания теплорода в
веществе. По новой концепции перетекание теплорода от одного тела к другому при
их контакте происходит подобно воде в сообщающихся сосудах от тела с более
высоким уровнем теплорода к телу с более низким уровнем.
Новое определение, как и предыдущее, не
давало возможности измерить температуру и поэтому пришлось снова делать
предположение о том, что эта вновь введенная температура измеряется всё тем же
термометром и выражается в градусах соответствующей шкалы.
Основываясь на новых
представлениях о тепловых процессах, Вильке в 1772 году дал определение единицы
количества тепла, которое значительно позже получило название калория, как количество теплорода, которое необходимо затратить для повышения
температуры единицы объёма воды на один градус используемой шкалы.
Тогда же Вильке ввёл и общее
понятие общее понятие удельной теплоёмкости вещества, которое он
определил как количество теплорода,
необходимое для повышения температуры единицы массы данного вещества на один
градус.
Определения понятий количество тепла и теплоёмкость опирались на псевдо-определение температуры и,
следовательно, сами были псевдо-определениями.
Несмотря на некорректность определения, эти
понятия стали в дальнейшем базовыми для всей теплофизики и дали толчок новым
экспериментальным исследованиям. Так в 1780 году французскими учёными Антуаном
Лавуазье и Пьером Лапласом были выполнены с использованием изобретённого ими
ледяного калориметра измерения теплоёмкостей многих твёрдых и жидких тел. В
ходе этих исследований было установлено, в частности, что объёмная теплоёмкость
тел не постоянна, а возрастает с ростом «ртутной» температуры.
Испарительно-конденсационная
машина Уатта
Решающие усовершенствования машины
Ньюкомена, позволившие радикально улучшить её КПД, были сделаны шотландским
механиком Уаттом (James Watt). В 1755 году,
после годичного обучения ремеслу слесаря-инструментальщика в Лондоне, Уатт в
возрасте 19 лет вернулся в родную Шотландию в г. Глазго. Благодаря ходатайству
профессора Блэка (Joseph Black), ставшего со временем
его старшим другом и научным консультантом, Уатт получил разрешение разместить
свою мастерскую на территории университета Глазго и занимался в основном
выполнением заданий университетских профессоров.
В 1763 году, работая над
заказом по ремонту машины Ньюкомена, Уатт убедился в том, насколько она
неэффективна и стал размышлять над путями её усовершенствования. Очевидно, не
без консультаций с профессором Блэком, который был в это время самым
компетентным в мире специалистом в области теплофизики, Уатт установил, что
главным источником непроизводительного расхода топлива была необходимость
постоянно повторять нагрев стенок цилиндра, охлаждавшихся во время впрыскивания
холодной воды для конденсации пара. Для устранения этого недостатка он решил
ввести специальный конструктивный элемент конденсатор, сообщающийся с
цилиндром с помощью трубки, снабжённой клапаном (см. Схему
машины Уатта). Стенки
конденсатора охлаждались снаружи проточной водой, благодаря чему попавший в
него пар конденсировался на стенках, а образовавшийся конденсат стекал в
коллектор сбора воды. Таким образом, в машине Уатта стенки цилиндра оставались горячими в течение всего рабочего цикла и
непроизводительные затраты энергии были устранены. Как показала дальнейшая
эксплуатация машины Уатта, в результате этого нововведения расход топлива в ней
был в 3-4 раза меньше, чем в прототипе Ньюкомена. Патент на конденсатор Уатт
получил в 1769 году.
В доработанном варианте
конструкции машины, поступившей в производство в 1775 году, был дополнительно
введен специальный нагнетательный насос, который закачивал в бойлер конденсат, собравшийся
в коллекторе. Таким образом, были созданы два независимых контура для
циркуляции воды:
- замкнутый контур
циркуляции игравшей роль рабочего
тела воды, подвергавшейся попеременно испарению и конденсации;
- открытый контур охлаждения стенок конденсатора проточной
водой, игравшей роль хладагента.
После запуска в производство
первого варианта машины Уатт вносил в конструкцию всё новые усовершенствования,
позволявшие улучшить эксплуатационные характеристики машины и расширить область
её применения. Одним из наиболее существенных улучшений конструкции было
создание в 1783 году машины двойного действия, в которой пар из бойлера
подавался поочерёдно на обе стороны цилиндра, так что стали рабочими оба такта
рабочего цикла (машина стала не только «тянуть», но и «толкать»). Это свойство
оказалось полезным для многих применений и, в частности, дало возможность в
1786 году изготовить конструкцию, в которой использовался кривошипно-шатунный
механизм для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное.
В дальнейшем основным направлением развития
стало применение всё более высоких давлений в бойлере, что позволило
многократно увеличить удельную мощность
машины. Для наиболее рационального использования энергии пара высокого давления
чаще всего использовались компаунд-машины.
Ради увеличения удельной мощности машин,
использовавшихся на железнодорожных локомотивах, где объём и масса машины
играли наиболее существенную роль, пришлось даже отказаться от основной идеи
Уатта – конденсатора – и разомкнуть цикл воды как рабочего тела, выбрасывая
отработанный пар прямо в атмосферу. Таким образом, в паровозных машинах
использовался не испарительно-конденсационный, а чисто испарительный цикл. Это упрощение позволило отказаться от запаса
воды для охлаждения стенок конденсатора, но привело к ряду неудобств при
эксплуатации – паровозам приходилось дозаправляться водой для питания бойлера
на всех более или менее крупных станциях и часто чистить бойлеры от накипи.
Подводя итоги без малого
двухсотлетней эксплуатации машин Уатта и сравнивая их с двигателями внутреннего
сгорания, можно сказать, что победа последних была связана с их более высоким
КПД. Между тем, преимущество высокого КПД – более низкий расход топлива – не
всегда играет решающую роль. Например, в случае природных источников тепла,
таких как солнечная энергия или геотермальные воды, наиболее существенным
показателем экономической эффективности становится стоимость единицы
вырабатываемой мощности (доллары/кВт) или единицы произведенной работы
(доллары/кВт∙час). По этим критериям простой, надёжный и дешёвый
двигатель Уатта вполне может оказаться победителем соревнования.
Открытие теплового излучения и квантовая
теория Прево
К концу XVIII века стало складываться представление о
возможности бесконтактной передачи тепла с помощью подобных лучам света
«тепловых лучей». Это предположение, высказанное вначале шведским химиком Шееле
(Carl Wilhelm Scheele), было затем подтверждено экспериментально работавшим в Женеве швейцарским физиком, химиком и астрономом
Пикте (Marc-Auguste Pictet).
Пикте показал, что тепловые лучи, как и световые, отражаются зеркалами и даже могут
быть сфокусированы вогнутым зеркалом.
Примирить теорию, утверждавшую, что тепло –
это жидкость, с фактом бесконтактной передачи тепла постарался коллега Пикте по
университету Женевы швецарский учёный Прево (Pierre Prévost). Теория Прево, изложенная в опубликованной в
1791 году в Journal de Physique статье Мемуар
о равновесии тепла, может быть в общих чертах выражена следующими
тезисами.
1. Тепло
материально и представляет собой дискретную
жидкость, которая состоит из элементарных
частиц (молекул), находящихся в непрерывном движении.
2. Движение молекул тепла вызывается
импульсами, получаемыми от молекул значительно более «тонкой» жидкости – свободного или, иначе, лучистого тепла.
3. Молекулы лучистого тепла передвигаются
прямолинейно со скоростью, настолько большой, что их перемещения из одного
места в другое воспринимаются, как мгновенные, и отражаются от зеркал, т.е. обладают всеми свойствами света.
4. Лучистое тепло представляет собой очень
разреженную жидкость, молекулы которой почти никогда не сталкиваются друг с
другом.
5. Каждое тело содержит в себе как тепло, так
и лучистое тепло, а теплопередача от более нагретого тела к менее нагретому
происходит с помощью обеих жидкостей одновременно.
Открытие превращения механической работы в
тепло
Автором одного из наиболее важных открытий, сделанных в физике в XVIII веке, был Бенджамин Томпсон (Sir Benjamin Thompson, Count Rumford) – человек, сочетавший в себе таланты инженера-изобретателя, учёного-физика и энергичного организатора, и чьё систематическое образование ограничивалось сельской школой.
В середине 90-х годов XVIII века Томпсон жил и работал в Мюнхене, где он занимал пост личного советника (aide-de-camp) баварского курфюрста Карла Теодора (Prince-elector Karl Theodor). Взявшись за реорганизацию баварской армии, Томпсон уделял большое внимание усовершенствованию артиллерийских орудий. В частности, отрабатывая технологию высверливания пушечных стволов, обеспечивавшую наибольшую дальность и точность стрельбы, он погружал обрабатываемые стволы в бассейн с водой и обнаружил, что примерно через два с половиной часа работы вода в бассейне закипала. Томпсон, с молодых лет интересовавшейся теплофизикой и выполнивший к тому времени ряд исследований в этой области, сразу понял, что обнаруженное им явление не укладывается в представление о тепле, как о материи – не существовавшее ранее тепло появлялось в результате совершения механической работы.
Проведя серию хорошо продуманных экспериментов, Томпсон показал, что
тепло выделяется в течение всего времени сверления и перестаёт выделяться,
когда сверление прекращается. Кроме того, сравнивая удельную теплоёмкость
готового пушечного ствола и образовавшейся при сверлении стружки, он
подтвердил, что материал во время сверления не претерпел физических изменений.
Таким образом, вращение сверла было единственным источником теплоты, что
несовместимо с теорией теплорода. Однако
позиции теории теплорода были в то время ещё столь прочны, что выводы Томпсона
не могли её поколебать.
Первая половина XIХ века
Теория теплорода – жизнь после смерти
Открытие
Гей-Люссаком и Дальтоном псевдозакона теплового расширения газов
Изобретение
машины Стирлинга
Открытие
Фурье псевдозакона теплопроводности и создание псевдонауки теория теплопроводности
Коллективный
труд – псевдонаука термодинамика
Создание кинетической
теории газов и тем самым превращение в настоящую науку части
термодинамики, относящейся к газам
Вывод
Больцманом кинетического уравнения, которое завело в тупик кинетическую теорию
газов
Создание
теории теплового излучения
Создание
Больцманом и Гиббсом статистической механики – науки, не
имеющей отношения к физике
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
В 1802 году шотландский инженер Уильям
Симингтон построил конкурентоспособный пароход, а в 1807 году американский
инженер Роберт Фултон использовал паровой двигатель Уатта для привода первого
коммерчески успешного парохода. 21 февраля 1804 года на металлургическом заводе
Пенидаррен в Мертир-Тидвиле в Южном Уэльсе демонстрировался первый самоходный
железнодорожный паровой локомотив,
построенный Ричардом Тревитиком.
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Псевдозакон теплового
расширения газов
Т.н. «закон
Гей-Люссака» – линейная зависимость удельного объёма газа при постоянном
давлении от температуры, измеряемой ртутным термометром, был открыт в 1802 году
независимо Жозефом Луи Гей-Люссаком во Франции и Джоном Дальтоном в Англии. Как
и «закон Шарля», это был, на самом деле, псевдозакон, т.к. температура за сто
лет, прошедшие после работ Амонтона, так и не была определена, а спокойное
отношение к отсутствию её определения объяснялось сохранившейся ещё к этому
времени веры в справедливость ЛЗТР.
Правда, к началу XIX
века в понимании ЛЗТР возникло некоторое уточнение – возникло понимание
зависимости удельного объёма жидкости от давления и стали говорить о линейной
зависимости объёма от температуры при постоянном давлении. Так Дальтон в одном
из своих Экспериментальных сочинений
(Experimental Essays), опубликованных в 1802 году, сделал
такое замечание:
I see no sufficient reason why
we may not conclude that all elastic fluids under the same pressure expand
equally by heat and that for any given expansion of mercury, the corresponding
expansion of air is proportionally something less, the higher the temperature.
(Я не вижу достаточных
оснований, почему мы не можем заключить, что все упругие жидкости при одном и
том же давлении одинаково расширяются при нагревании и что при каждом данном
раширении ртути соответствующее расширение воздуха пропорционально чему-то
иному, чем температура.)
/* По какой-то странной логике
Дальтон считал, что основания должны быть не для того, чтобы сделать
заключение, а для того, чтобы его не делать.*/
Изменение
температуры газа при его адиабатном раширении и сжатии
В 1807 году Гей-Люссак опубликовал
результаты своих экспериментов, в ходе которых было установлено явление, исключительно
важное для понимания работы тепловых машин – понижение температуры при
адиабатическом расширении газа и повышение при его сжатии. Как выяснилось
позже, то же явление отметил ранее Дальтон в 1802 году.
/*Как это ни удивительно, но все великие изобретения, связанные с
паровыми машинами, были сделаны в XVIII веке задолго до
этого открытия учёных*/
/* Кроме отмеченных достижений
Гей-Люссака и Дальтона, каждый из них внёс в науку и другой существенный вклад.
Гей-Люссак в 1808 году открыл настоящий физический закон объёмных отношений при
химических реакциях между газами, сыгравший важную роль в принятии
атомно-молекулярной теории строения материи, а Дальтон впервые чётко
сформулировал основные её положения и ввёл понятие относительного атомного веса*/.
ХХ век
И
всё же, несмотря на все перечисленные недостатки, жидкостные термометры на
протяжении почти 400 лет своего применения сыграли колоссальную роль в развитии
всей западной цивилизации. Дело в том, что в подавляющем большинстве случаев
людям, измеряющим температуру, нет никакого дела до её физического определения.
Всем было важно только то, чтобы используемая «мера нагретости» была
общепринятой и чтобы разные приборы в одинаковых условиях давали с приемлемой
для практики точностью одинаковые показания, а спиртовый и, в особенности,
ртутный термометры этим требованиям вполне удовлетворяли.
Дата последнего обновления: 10.05.10
Работа над файлом не завершена. Далее
следуют черновые материалы для её продолжения.
Sir Frederick William Herschel,[1] KH, FRS, German: Friedrich Wilhelm Herschel (15 November 1738 – 25 August 1822) was a Hanoverian astronomer, technical expert, and a composer. Early in his life Wilhelm followed his father into the Military Band of Hannover. Later, Herschel became most famous for the discovery of the planet Uranus in addition to several of its major moons such as Titania and Oberon. He also discovered infrared radiation. Finally, Herschel is lesser known for the twenty-four symphonies that he composed.
Уильям Гершель (Фридрих Вильгельм Гершель, англ. William Herschel; 15 ноября 1738, Ганновер — 25 августа 1822, Слау близ Лондона) — английский астроном немецкого происхождения.
Брат Каролины
Гершель, отец Джона Гершеля.
Один из десяти детей бедного музыканта-еврея Исаака Гершеля (1707—1768), принявшего для
женитьбы христианство. Поступил на службу в военный оркестр (гобоистом) и в 1755 г. в составе полка был командирован из Ганновера в
Англию (эти два государства были связаны личной унией). В 1757 г. ушёл с военной службы ради занятий музыкой.
Работал органистом и учителем музыки в Галифаксе, затем переехал в
курортный город Бат, где стал распорядителем публичных концертов. Интерес к музыкальной теории
привёл Гершеля к математике, математика к оптике и наконец оптика к астрономии. В 1773 г., не имея средств для покупки большого телескопа, он стал сам шлифовать зеркала и
конструировать телескопы и в дальнейшем сам изготавливал оптические приборы как
для собственных наблюдений, так и на продажу.
Первое и наиболее важное открытие Гершеля — открытие планеты Уран — произошло 13 марта 1781 г. Гершель посвятил это открытие королю Георгу III и назвал
открытую планету в его честь — «Звезда Георга» (Georgium Sidus, название так
и не вошло в употребление). Георг III, сам любитель астрономии и покровитель ганноверцев, произвел Гершеля в чин
Королевского Астронома и снабдил его средствами для постройки отдельной
обсерватории. С 1782 г. Гершель и ассистировавшая ему сестра Каролина
постоянно работали над совершенствованием телескопов и астрономическими
наблюдениями.
Благодаря некоторым техническим усовершенствованиям
и увеличению диаметра зеркал Гершель смог в 1789 г. изготовить самый большой телескоп своего
времени (главное фокусное расстояние 12 метров, диаметр зеркала 49½ дюймов (126 см)); в первый же месяц работы
с этим телескопом Гершелем были открыты спутники Сатурна Мимас и Энцелад. Далее Гершель открыл также спутники Урана Титанию и Оберон. В своих работах о спутниках планет
Гершель впервые употребил термин «астероид» (использовав его для характеристики этих
спутников, потому что при наблюдении имевшимися у Гершеля телескопами крупные
планеты выглядели дисками, а их спутники — точками, как и звёзды).
Однако главные работы Гершеля относятся к
звездной астрономии. Изучение собственного движения звезд привело его к
открытию поступательного движения Солнечной
системы. Он также
вычислил координаты воображаемой точки — апекса Солнца, в направлении которой происходит это
движение. Из наблюдений за двойными
звездами, предпринятых с
целью определения параллаксов, Гершель сделал новаторский вывод о
существовании звёздных систем (прежде предполагалось что двойные звезды лишь
случайно расположены на небе таким образом, что при наблюдении оказываются
рядом). Гершель также много наблюдал туманности и кометы, также составляя
тщательные описания и каталоги (их систематизацией и подготовкой к публикации
занималась Каролина Гершель).
Среди других заслуг Гершеля — открытие инфракрасного
излучения, произведенное
в ходе изящного эксперимента: расщепив солнечный свет призмой, Гершель поместил
термометр сразу за красной полосой видимого спектра и показал, что температура
повышается, а следовательно, на термометр воздействует световое излучение, не
доступное человеческому взгляду.
On February 11, 1800, Herschel was testing filters for the sun so he could observe sun spots. When using a red filter he found there was a lot of heat produced. Herschel discovered infrared radiation by passing sunlight through a prism and holding a thermometer just beyond the red end of the visible spectrum. This thermometer was meant to be a control to measure the ambient air temperature in the room. He was shocked when it showed a higher temperature than the visible spectrum. Further experimentation led to Herschel's conclusion that there must be an invisible form of light beyond the visible spectrum.
Пьер Луи Дюлонг (фр. Pierre Louis Dulong; )Pierre Louis Dulong and Alexis Thérèse Petit, Многие исследования были выполнены Дюлонгом в сотрудничестве с с профессором физики Политехнической школы А.Т. Пти. В 1816 они изобрели катетометр — прибор
для измерения вертикального расстояния между двумя точками, которые не лежат на
одной вертикали. В 1818 г. Дюлонг и Пти вывели общую формулу для
скорости охлаждения твёрдых тел.
Главным научным достижением Дюлонга стал
установленный совместно с Пти в 1819 закон теплоёмкости твёрдых тел. Согласно данному закону,
произведение удельных
теплоёмкостей простых
твёрдых тел на атомную массу образующих элементов есть величина постоянная (в современных единицах
измерения равная примерно 25 Дж·г−1·К−1). Эта
закономерность, известная в настоящее время под названием «закон Дюлонга —
Пти», послужила впоследствии основой метода приближённой оценки атомных масс
тяжёлых элементов.
1819 г. Установление П. Дюлонгом и А. Пти закона, названного их именем (закон Дюлонга и
Пти).
1801-1822 г. Вышел в свет труд Ж. Фурье «Аналитическая теория теплоты». В нем
впервые использовались формулы размерностей. выходит в свет завершающий
классический трактат «Математическая теория тепла» (Théorie analytique de la chaleur). «Великой математической поэмой» назвал этот труд лорд Кельвин.
1824 г. Вышел в свет труд С. Карно «Рассуждения о движущей силе огня и о
машинах, способных развивать эту силу», в котором приведены формулировка
второго начала термодинамики, цикл Карно и теорема Карно.
Сын известного политического деятеля и
математика Лазара Карно и дядя Мари-Франсуа
Сади Карно, бывшего президентом
Франции. Сади Карно
получил хорошее домашнее образование. В 1812 году блестяще закончил лицей Карла Великого и поступил в Политехническую
школу — лучшее на тот
момент учебное заведение Франции. В 1814 году он ее закончил шестым по успеваемости и был направлен в Инженерную
школу в городе Мец. После завершения которой в 1816 году был распределен в инженерный полк, где провел несколько лет. В 1819 году выиграл конкурс на замещение вакансии в Главном штабе корпуса в
Париже и перебрался туда. В Париже Карно продолжил обучение. Посещал лекции в Сорбонне, Коллеж де Франс, Консерватории Искусств
и Ремёсел. Там он познакомился с химиком Никола Клеманом,
занимавшимся изучением газов. Общение с ним вызвало интерес у Карно к изучению
паровых машин. И в 1824 году вышла первая и единственная работа
Сади Карно —
«Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» (Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance). Эта работа считается основополагающей в
термодинамике. В ней был произведен анализ существующих
в то время паровых машин, и были выведены условия, при которых КПД достигает максимального
значения (в паровых машинах того времени КПД не превышал 2 %). Помимо этого там же были введены
основные понятия термодинамики: идеальная тепловая машина (см. Тепловая
машина), идеальный цикл
(см. Цикл Карно), обратимость и необратимость
термодинамических процессов.
Теория теплорода господствовала до первых десятилетий XIX в., пока развитие
физики не пришло в противоречие с ней. Конец господству
теории флогистона положил Лавуазье, создавший новую теорию горения. В середине
XIX в. ей был нанесен
окончательный удар в результате установления закона сохранения
и превращения энергии и открытия принципа эквивалентности теплоты
и работы.
Принцип взаимного превращения теплоты и работы служил подтверждением
кинетической теории теплоты, а рассмотрение
процесса превращения работы в теплоту противоречило теории теплорода. Исследования в области физики процесса лучеиспускания привели к открытию «темных тепловых
лучей» (астрономом
В. Гершель, физики И. Виттер и В. Волластон). Аналогия между свойствами света и теплового излучения давала повод рассматривать
последнее как волновой процесс, а поскольку
источником волн являются колебательные движения
частиц, то корпускулярная гипотеза приобрела еще одно
экспериментальное подтверждение.
Корпускулярная теория расширила и область объясняемых явлений. В 1859 г. Дж. К. Максвелл доложил на собрании Британской ассоциации результаты работы по кинетической теории и вывел закон распределения скоростей молекул, который более строго был доказан Больцманом в 1875 г. В Англии в 1863 г. Томас Грехэм использовал кинетическую теорию для
объяснения броуновского движения, считавшегося прямым экспериментальным подтверждением гипотезы
о теплоте как движении молекул. В Германии
Сте-
фан применил кинетическую теорию для вычисления скорости звука. Науман использовал кинетическую теорию для оценки размеров и скоростей молекул.
Кинетическая теория приобрела завершенность в трудах Максвелла, реализовавшего статистический подход в газовой динамике. «Существенным свойством газа является случайное движение составляющих
его частиц: фактически слово «газ» означает само
по себе хаос. Вначале теоретики кинетической теории стремились игнорировать
это свойство. Они основывали свои математические доказательства
на допущении, что все молекулы движутся с одной и той же скоростью… Основная гипотеза
Максвелла состояла в том, что многочисленные
столкновения между молекулами газа, вместо того, чтобы привести
к выравниванию скоростей молекул, как предполагали некоторые ученые, на деле приводят к статистическому распределению скоростей, в котором могут встречаться любые скорости с известной вероятностью»106.
Кинетическая теория теплоты получила признание и смогла оттеснить
теорию теплорода, поскольку имела многочисленные эмпирические подтверждения, могла объяснять и предсказывать тепловые явления, открыла возможности для синтеза не связанных ранее областей науки. Логическую
стройность кинетическая теория приобрела после открытия взаимопревращения механической
работы и теплоты, что позволило сформулировать общий закон сохранения энергии, который связывал
тепловые, механические, электрические
и химические явления, что вело к упрощению теории.
1783 г. А. Лавуазье и П. Лаплас
изобрели калориметр и определили удельные теплоемкости многих твердых и жидких
тел. Они открыли также, что удельная теплоемкость тела не является постоянной,
а зависит от температуры.
.
В 1780 г. французские ученые Антуан Лавуазье (1743 — 1794) и Пьер Симон Лаплас (1749 — 1827) предложили прибор для измерения
удельных теплоемкостей, названный ими калориметром.
Необходимо рассказать о происхождении калории. В 1750 г. петербургский физик -
Георг Рихман (1711 — 1753), работавший в содружестве с М.В. Ломоносовым, установил на опыте, что если смешать
равные количества воды, имеющие различную температуру, то температура смеси
будет равна среднему арифметическому температур частей. Эти опыты были
повторены в 1772 г. Иоганном Вильке в Германии. Вильке ввел единицу измерения
количества теплоты — калорию как количество теплоты, необходимой для изменения
температуры единицы массы воды на один градус. Она сохранилась до наших дней.
Концепция теплорода конкурировала с молекулярно-кинетической теорией почти 100
лет — до середины XIX в., а
понятия «количество теплоты», «теплоемкость», «калориметрия», «теплота
плавления», «теплота парообразования» сохраняются до сих пор (слово «скрытая»
только недавно исчезло со страниц учебников). Эти понятия приспособлены уже к
молекулярно-кинетической теории.
С середины XIX в. развивается
теория, которая получила название механической теории теплоты. Открытие закона
сохранения энергии и успехи молекулярной теории привели к представлению о
тепловых процессах как процессах передачи механического движения при
столкновении молекул тел. Давление газов объяснялось как передана количества
движения частицами газа стенкам сосуда. Температуру начали связывать с
интенсивностью движения частиц. Молекулы рассматривались как частицы, движение
которых подчиняется законам классической механики. Отсюда терминология
«механическая теория тепла».
Одновременно развиваются статистические представления. Больцман находит точную связь между средней
энергией теплового движения частиц и температурой, вводя новую мировую
константу, названную его именем.
Развитие статистической теории привело к представлению о тепловом движении как
особой форме движения материи, которая не может быть сведена к механической. В
природе действуют специфические статистические закономерности, которые имеют
точные математические выражения, например распределения Максвелла, Больцмана, Ферми и т. д.
Тепловое излучение знакомо людям с
незапамятных времен. Греясь на солнце или у огня, человек наслаждался теплом,
испускаемым солнечными лучами или лучами очага. Но вот на вопрос, почему
натопленная печь греет, оказалось не так-то легко ответить. Существование
«тепловых лучей» предположил в XVIII в. химик Шееле (1742—1786), но опыты с тепловыми лучами проводили еще
флорентийские академики, доказавшие, что «холод» от глыбы льда охлаждает шарик
термоскопа, помещенного в фокусе вогнутого зеркала. Опыты с отражением тепловых
лучей вогнутыми зеркалами («зеркала Пикте») проводил в XVIII в. Пикте (1752-1825), а Прево (1751—1839)
в 1791 г. установил закон подвижного теплового равновесия. В. Гершель открыл
невидимые «тепловые лучи» за красной частью видимого спектра.
Теория теплового излучения началась с 1859
г., когда Кирхгоф открыл основной закон теплового излучения, носящий его имя, и
установил понятие абсолютно черного тела, испуска-тельная способность которого
имеет универсальное значение. Макс Планк в своей научной автобиографии писал о
законе Кирхгофа: «Этот закон утверждает, что если в откачанном пустом
пространстве, ограниченном полностью отражающими стенками, находятся совершенно
произвольные излучающие и поглощающие тела, то с течением времени устанавливается
такое состояние, при котором все тела имеют одну и ту же температуру, а
излучение по всем своим свойствам, в том числе по спектральному распределению
энергии, зависит только от температуры, но не от свойств тел». Это равновесное
излучение и есть излучение абсолютно черного тела, закон распределения которого
по длинам волн спектра представляет универсальную функцию длин волн и
температуры. «Это так называемое нормальное распределение энергии, — писал
Планк, — представляет собой нечто абсолютное».
Через 20 лет после установления Кирхгофом
своего закона (он обосновал его с помощью принципов термодинамики в 1860 г.)
Жозеф Стефан (1835-1893) из измерений, выполненных французскими физиками,
сделал вывод, что суммарная энергия всех длин волн, излучаемых черным телом,
пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры тела. Коэффициент
пропорциональности есть универсальная константа.
Стефан сформулировал свой закон в 1879 г.
Через пять лет, в 1884 г., ученик Стефана Людвиг Больцман, применив к излучению
принципы термодинамики и исходя из существования светового давления, равного,
по Максвеллу, для изотропного излучения одной трети объемной плотности энергии,
вывел теоретически закон Стефана. С этого времени он стал называться законом
Стефана — Больцмана, а постоянная закона — постоянной Стефана — Больцмана.
Больцман показал теоретикам путь
исследования — применение принципов термодинамики и электромагнитной теории
света. Идя этим путем и привлекая кинетическую теорию материи, русский физик В.
А. Михельсон в 1887 г. приступил к теоретическому объяснению распределения
энергии в спектре излучения твердого тела. Работа Михельсона «Опыт
теоретического объяснения распределения энергии в спектре твердого тела» была
опубликована в январе 1887 г. в «Журнале Русского физико-химического общества»,
а также на французском языке в «Gournal de Physique» и на английском языке в «Philosophical Magazine» в том же, 1887 г.
Возвращаясь к истории теплового излучения,
следует отметить, что статье Михельсона предшествовали измерения, проведенные
американским астрофизиком Самуэлем Ланглеем (1834— 1906). Он опубликовал в 1886
г. свои исследования над инфракрасными лучами с помощью изобретенного им
болометра и исследования по распределению энергии в солнечном спектре.
Михельсон указывает, что результаты Ланглея делают актуальным теоретический
анализ распределения энергии в непрерывном спектре. Он подчеркивает, что
«большая часть предлагаемых результатов должна быть рассматриваема лишь как
первое, грубое приближение к действительности». Полученные им теоретические
кривые «обладают всеми без исключения общими свойствами, какие указывает
Ланглей, описывая свои экспериментальные кривые». Одним из важных свойств
кривых Ланглея является наличие максимума, который смещается по мере повышения
температуры в сторону коротких волн. Теория Михельсона дала следующее
соотношение между абсолютной температурой 9 и длиной волны λ max
Работая доцентом Мюнхенского университета,
Планк начал составлять курс лекций по теоретической физике. Но до 1897 г. он не
мог приступить к публикации своих лекций. В 1887 г. он написал конкурсное
сочинение на премию философского факультета Геттингенского университета. За это
сочинение Планк получил премию, а сама работа, содержащая
историко-методо-логический анализ закона сохранения энергии, переиздавалась
пять раз, с 1887 по 1924 г. За это же время Планк опубликовал ряд работ по
термодинамике физико-химических процессов. Особую известность получила
созданная им теория химического равновесия разведенных растворов. В 1897 г.
вышло первое издание его лекций по термодинамике. Эта классическая книга
переиздавалась несколько раз (последнее издание вышло в 1922 г.) и переводилась
на иностранные языки, в том числе и на русский. К тому времени Планк был уже
ординарным профессором Берлинского университета и членом Прусской Академии
наук. С 1897 г. Планк вплотную занялся проблемой теплового излучения.
Результатом исследований было открытие
искомой функции распределения энергии по частотам, интерпретация которой
потребовала от Планка введения гипотезы квантов энергии. В 1906 г вышла
классическая монография Планка «Лекции по теории теплового излучения». Она
переиздавалась несколько раз. Русский перевод книги под названием «Теория
теплового излучения» вышел в 1935 г. За открытие кванта действия в 1918 г.
Максу Планку была присуждена Нобелевская премия по физике.
