Начальное развитие учения о теплоте

Если практическая теплотехника вплотную подошла к решению проблемы универсального двигателя, то теория вопроса о превращении тепла в механическую работу значительно отставала.

В указанный период исследования тепловых явлений значительно уступали исследованиям в области механи­ки. Теория теплоты находилась еще в зачаточном состоянии. Медленно развивалась термометрия, поскольку еще не существовало различия в понятиях о температуре и ко­личестве тепла, не было представления о теплоемкости.

Первый термометр (вернее, термоскоп, поскольку он не имел шкалы) был продемонстрирован Галилеем в 1657 г.

Ньютон принял за 0° своего термометра с льняным маслом постоянную темпе­ратуру плавления снега, а в качестве другой постоянной точки взял температуру человеческого тела. Далее, Нью­тон устроил первый пирометр, основанный на законе ох­лаждения нагретого стержня, и открыл зависимость эф­фекта охлаждения от времени и разности температур охлаждающегося тела и окружающей его среды.

Г. Амонтон впервые отчетливо высказал мысль о том, что термо­метр измеряет не количество тепла, а степень нагретости тел. Свой газовый термометр Амонтон основал на откры­той им пропорциональности между упругостью газа и его температурой и в качестве постоянных точек впервые при­нял точки кипения воды и плавления льда.

В 1714 г. Д. Фаренгейт изготовил ртутный термометр с 0° при тем­пературе смеси льда, воды и нашатыря; позднее он ввел точку кипения воды, обозначив ее 212°. Шкала Фарен­гейта и поныне употребляется в Англии и США.

Р. Реомюр дал метод градуирования спиртовых термометров с 0° при за­мерзании воды и 80° при кипении ее. Наконец, в 1742 г. А. Цельсий ввел стоградусную шкалу с 0° при замерзании воды и 100° при кипении её.

Начало исследованиям в области калориметрии было положено работами Г. В. Рихмана, впервые опубликован­ными в «Новых комментариях» Петербургской академии. 1750 г. Рихманом была правильно решена задача о темпе­ратуре смеси двух различных масс воды т₁ и т₂ при разных температурах t₁ и t ₂и дана общеизвестная формула:

Позднее Делюк открыл постоянство температуры тающего льда. Химик Д. Блек, проверяя правило Рихмана в условиях смешения воды со льдом, открыл теплоту тая­ния льда, назвав ее «скрытой теплотой». Позднее он же нашел «скрытую» теплоту парообразования водяного па­ра. Ученик Блека Ирвин ввел термин «теплоемкость», а в 1784 г. Гадолин ввел термин «удельная теплота».

Калориметрия расширила круг экспериментальных ис­следований тепловых явлений и вначале явилась опытной поддержкой теории теплорода. Тем ни менее, эта теория послужившей для правиль­ного объяснения распространения теплоты от сред с бо­лее высокими температурами к средам с более низкими и составления баланса тепла при его переходе от одного носителя к другому. Последующее более глубокое разви­тие знаний привело к доказательству несостоятельности теплорода как особой невесомой материи и становлению кинетической теории тепла.

Практика тепловых двигателей вносила свои коррективы в ряд представлений ученых, что особенно отчетливо проявилось в развитии учения о водяном паре. Паровые двигатели, как было показано, начали свое разви­тие, отталкиваясь от понятия об «упругой силе пара». Однако сведения о природе пара были крайне бедными и неточными. Некоторые ученые, например, принимали пар за воздух, выделяющийся из воды при ее кипячении.

В результате широкого распространения парового уни­версального двигателя начались детальные исследования свойств водяного пара. Тогда же началось исследование и свойств газов.

Кинетическая теория тепла возникла не сразу. Ее про­явления видны в трудах ряда ученых, например, Ф. Бэко­на, Р. Бойля, X. Гюйгенса. Значителен вклад М. В. Ломоносова, разработавшего первые основы кинетической теории тепла.