 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
75
«Как бы далеко ни выходили явления за рамки классического физического объяснения, все
опытные данные должны описываться при помощи классических понятий. Обоснование этого
состоит просто в констатации точного значения слова "эксперимент". Словом «эксперимент» мы
указываем на такую ситуацию, когда мы можем сообщить другим, что именно мы сделали и что и
именно мы узнали. Поэтому экспериментальная установка и результаты наблюдений должны
описываться однозначным образом на языке классической физики».
3.8. Статистические и термодинамические свойства макросистем
Развитие представлений в природе тепловых явлений
Вокруг нас происходят явления, внешне весьма косвенно связанные с механическим
движением. Это явления, наблюдаемые при изменении температуры тел, представляющих собой
макросистемы, или при переходе их из одного состояния (например, жидкого) в другое (твердое
либо газообразное). Такие явления называются тепловыми. Они играют огромную роль в жизни
людей, животных и растений. Изменение температуры на 20–30°С при смене времени года меняет
все вокруг нас. С наступлением весны природа преображается, леса и луга зеленеют. От
температуры окружающей среды зависит возможность жизни па Земле. Люди добились
относительной независимости от окружающей среды, после того как научились добывать и
поддерживать огонь. Это было одним из величайших открытий, сделанных на заре развития
человечества.
Эволюция представлений о природе тепловых явлений – пример того, каким сложным и
противоречивым путем постигают научную истину. Многие философы древности рассматривали
огонь и связанную с ним теплоту как одну из стихий, которая наряду с землей, водой и воздухом
образует все тела. Одновременно предпринимались попытки связать теплоту с движением, ибо
было замечено, что при соударении тел или трении их друг о друга они нагреваются.
Первые успехи на пути построения научной теории теплоты относятся к началу XVII в., когда
был изобретен термометр и появилась возможность количественного исследования тепловых
процессов и свойств макросистем.
Вновь перед наукой встал вопрос: что же такое теплота? Наметились две противоположные
точки зрения. Согласно одной из них –
вещественной теории тепла
– теплота рассматривалась
как особого рода невесомая «жидкость», способная перетекать от одного тела к другому. Эта
жидкость была названа теплородом. Чем больше теплорода в теле, тем выше температура тела.
Приверженцы другой точки зрения полагали, что теплота – это вид внутреннего движения
частиц тела. Чем быстрее движутся частицы тела, тем выше его температура.
Таким образом, представление о тепловых явлениях и свойствах связывалось с атомистическим
учением древних философов о строении вещества. В рамках подобных представлений теорию
тепла первоначально называли корпускулярной (от слова «корпускула» – частица). Ее
придерживались Ньютон, Гук, Бойль, Бернулли.
Большой вклад в развитие корпускулярной теории тепла сделал великий русский ученый М.В.
Ломоносов. Он рассматривал теплоту как вращательное движение частиц вещества. С помощью
своей теории ученый объяснил в общем процессы плавления, испарения и теплопроводности, а
также пришел к выводу о существовании «наибольшей или последней степени холода», когда
движение частичек вещества прекращается. Благодаря работам Ломоносова среди русских ученых
было очень мало сторонников вещественной теории теплоты.
И все же, несмотря на многие преимущества корпускулярной теории теплоты, к середине XVIII
в. временную победу одержала теория теплорода. Это произошло после того, как
экспериментально было доказано сохранение теплоты при теплообмене. Отсюда был сделан
вывод о сохранении (неуничтожении) тепловой жидкости – теплорода. В вещественной теории
было введено понятие теплоемкости тел и с ее помощью построена количественная теория
теплопроводности. Многие термины, введенные в то время, сохранились и доныне.
В середине XIX в. была доказана связь между механической работой и количеством теплоты.
Подобно работе количество теплоты оказалось мерой изменения энергии. Нагревание тела связано
не с увеличением в нем количества особой невесомой «жидкости», а с увеличением его энергии.
Принцип теплорода был заменен гораздо более глубоким законом сохранения энергии. Было
установлено, что теплота представляет собой форму энергии.