Классическая термодинамика

Энергия является основным понятием этой теории, созданной в 60-х годах XIX

в.

Возникновение классической термодинамики связано с исследованием

следующих проблем:

1. Поиск механического эквивалента теплоты, т. е. попытка представить теплоту как результат механического движения частиц, из которых состоят твердые тела, жидкости и газы. Эта проблема возникла еще в XVII—XVIII вв., но решение ее было найдено только в конце XIX в.

2. Изучение тепловых процессов в машинах, создаваемых промышленностью конца XVIII в. и первой половины XIX в. Речь идет уже не только о паровых машинах, но и электрических.

3. Исследование обмена веществ, теплообмена в организмах. В первой половине XIX в. возникла органическая химия, которая использовала знания неорганической химии о теплообмене при химических реакциях. Немецкий физиолог М. Рубнер (1854—1932) применил законы классической термодинамики

к изучению теплообмена в микроорганизмах.

4. Проблемы наблюдательной астрономии, интересовавшейся рассеянием тепла в космосе. Ученые, которые занимались этими проблемами, не только жили

в разные времена и в разных странах, но и не работали по определенной единой программе, как это делается в современной науке. Поэтому им не всегда было ясно, кто первым из них достиг значительного результата в решении проблем, о которых говорилось выше. Например, немецкий судовой врач Ю. Майер (1814—

1878) был убежден в том, что он первым установил механический эквивалент теплоты, а не английский физик Дж. Джоуль (1819—1888). Далее, во многих учебниках по истории химии начала ХХ в. развитие атомистической концепции в химии обычно связывалось с именем английского химика Дж. Дальтона (1766—

1844), тогда как за 67 лет до появления его работы по химии эта концепция уже была представлена в работах М. Ломоносова.

Изучение вышеуказанных проблем привело к введению в науку нового физического понятия — термодинамической системы. Это система живых или неживых тел, частиц или молекул, состояние которой определяется значением ее термодинамических параметров (температура, плотность и другие). Например, вода при изменении ее термодинамических параметров может перейти в состояние льда и пара.

Понятие термодинамической системы является обобщением двух идей: а) идеи

о строении всего существующего из атомов (твердое тело, газ, жидкость) и б)

результатов изучения так называемого броуновского движения.

Оно было открыто в 1827 г. английским учителем ботаники Р. Броуном (1773—1853). Речь идет о беспорядочном движении мельчайших частиц, взвешенных в жидкости или газе, под действием еще меньших частиц жидкости или газа. Изучение этого движения показало, что охлаждение окружающей среды этих частиц (газ, жидкость) приводило к уменьшению скорости взвешенных

частиц, увеличение температуры среды вело к увеличению интенсивности их

движения.

Эти наблюдения опровергали представление о тепле как невидимой физической сущности, переходящей от одного тела к другому, и подтверждали другую точку зрения — о корпускулярном строении вещества. Эта точка зрения была высказана М. Ломоносовым в работе «Размышления о причинах теплоты и стужи» (1745), согласно которой тепло возникает в результате трения корпускул (частиц), из которых состоят все физические тела (твердые, жидкие, газообразные). Он утверждал, что эти частицы шарообразны и вращаются вокруг собственной оси. М. Ломоносову были уже известны два явления, физическая суть которых была в дальнейшем выражена другими исследователями в форме законов: закон сохранения массы, закон сохранения количества тепла при разложении и соединении в химических реакциях. Как оказалось впоследствии, идеи М. Ломоносова были известны Дж. Джоулю, у которого корпускулы (частицы) обладали еще колебательным движением.