СодержаниеВведение……………………………………………………………………3\r\n1. Развитие представлений о природе теплоты …………………………4\r\n2. Термодинамика и молекулярно-кинетическая теория ………………9\r\nЗаключение………………………………………………………………..24\r\nСписок литературы……………………………………………………….27ВведениеВ прошлом веке господствовала теория флюидов — невесомых и неуничтожимых жидкостей, перетеканием которых объяснялись различные явления природы. Такими флюидами служили теплород (с его помощью объяснялись тепловые явления), электрород, магнитная жидкость, флогистон (им объяснялись явления горения) и т. д. Например, в 1822 г. на базе теории теплорода Фурье разработал математические основы теории теплопроводности. \r\nПоследующее развитие науки привело к более глубокому пониманию всех этих явлений. В частности, после открытия закона сохранения энергии стало ясно, что теплота-теплород — это понятие энергетической природы: она способна преобразовываться в работу в эквивалентных количествах. Теория теплорода была отброшена, однако представление о теплоте как о субстрате переноса сохранилось до наших дней. \r\nВ ходе становления термодинамики вместо теплорода было развито новое понимание теплоты как хаотического движения микроскопических частиц тела. На этой основе было построено стройное здание молекулярно-кинетической теории. Применительно к газу начальные шаги в этом направлении сделаны Больцманом, Максвеллом, Гиббсом и некоторыми другими авторами. Согласно этим взглядам, теплота представляет собой кинетическую энергию хаотического движения микрочастиц. Для количественного определения кинетического движения были привлечены такие понятия статистической физики, как случайность, вероятность, флуктуация и т. п.; они легли в основу так называемой статистической термодинамики. Кинетическое толкование теплового явления нашло завершающее развитие в квантовой механике.ЗаключениеДвижением атомов и молекул с давних пор уже пытались объяснить тепловые явления. Параллельно с развитием этого несомненно существовавшего общего убеждения в механической природе тепла шло чисто опытным путём развитие вещественной теории тепла, видевшей причину тепловых явлений в особом веществе, «теплороде». Представления теории вещественного теплорода были столь просты и изящны, язык её столь удобен был для описания явлений, что не было пока никаких причин оставлять её и заменять заманчивой, но неопределённой механической теорией. Убеждение в механической природе тепла ещё более укоренилось, когда Майер, Джоуль и другие показали, что теплота может исчезнуть, превратившись в механическую работу, что, наоборот, исчезнувшая механическая работа может дать тепло и что между количествами исчезнувшей работы и возникшего тепла существует постоянное отношение. Но никто из них не решался точнее характеризовать движение молекул в теле и привести его в непосредственную числовую связь с тепловыми свойствами тел. Заслуга эта принадлежит Клаузиусу (1857), который для случая газообразного состояния вещества дал наглядную и полную картину движения молекул; Клаузиус исследовал это движение и вывел из него как необходимость характерные свойства газов; он предсказал на основании своей теории ряд числовых зависимостей между свойствами газов — зависимостей, которые впоследствии нашли блестящее подтверждение. Таким образом Клаузиус положил основание одному из замечательнейших отделов физики - кинетической теории газов (от греческого слова κίνησις - движение), а вместе с тем утвердил и кинетическую теорию вещества. Согласно кинетической теории, всякий объём газа состоит из множества абсолютно упругих молекул, несущихся в полном хаотическом беспорядке по различным направлениям и с различными скоростями. Расстояния между отдельными молекулами вообще на столько больше радиусов сфер действия их, что молекулы газа необходимо признать в механическом отношении совершенно свободными. Двигаясь под влиянием одной инерции, молекула несётся с равномерной скоростью по прямой линии, пока не встретится с соседней, тоже движущейся, молекулой или с каким-либо препятствием (стенкой сосуда, напр.). При встрече с соседней молекулой или препятствием данная молекула отражается от них, как отражается абсолютно упругий шар от другого шара или от стенки. Скорости различных молекул весьма различны, и скорость одной и той же молекулы должна непрерывно меняться вследствие столкновения с другими. Длины путей молекул от одного столкновения до другого весьма разнообразны, направления этих путей могут быть всевозможные и тоже вследствие столкновений непрерывно меняются. Такое движение есть движение вполне беспорядочное; все направления движения в нем равновозможны. Скорости движения молекул весьма различны; можно поэтому говорить лишь о средней скорости их, причём средней скоростью называют ту скорость, которую должны были бы иметь все молекулы для того, чтобы полная энергия движения в данном объёме газа была та же самая, что и при данном неизвестном сложном распределении скоростей. Эта средняя скорость, как учит кинетическая теория газов, тем больше, чем выше температура газа и чем плотность газа меньше. Длины путей молекул между двумя столкновениями могут быть весьма различны; мы можем поэтому говорить только о средних длинах путей. Эта средняя длина пути тем меньше, чем больше упругость или плотность газа; действительно, в сжатом газе число столкновений должно быть больше, а, следов., средняя длина пути должна быть меньше. Кинетическая теория газов даёт даже возможность рассчитать как среднюю скорость движения молекул в газе, так и среднюю длину пути и число столкновений в секунду. Некоторый объём газа, представляя комплекс движущихся молекул, обладает известным запасом кинетической энергии. Так как средняя скорость молекул с понижением температуры уменьшается, то уменьшается и запас энергии газа. Кинетическая теория газов отождествляет её с запасом тепловой энергии газа; согласно этой теории, тепло есть не что иное, как движение молекул, температура - некоторая характеристика теплового состояния, пропорциональная квадрату средней скорости их. При понижении температуры средняя скорость молекул уменьшается; законным является вопрос: возможна ли температура, при которой скорость молекул сделается равной нулю? До настоящего времени такая температура не получена и нет никаких данных для предположения, что она когда-либо достигнута будет. При весьма сильном охлаждении все без исключения известные нам газы переходят в жидкое и затем твёрдое состояние; к этим состояниям пока ещё рискованно прилагать выводы кинетической теории газов. Однако такая температура мыслима; её называют абсолютным нулём температуры. Закон, связующий среднюю скорость газовых частиц с температурой, и закон расширения газов дают нам возможность приблизительно определить, при какой температуре по шкале Цельсия должен был бы лежать абсолютный нуль; если бы мы вправе были прилагать эти законы к столь значительным температурным интервалам, мы нашли бы таким путём температуру в -273° Ц. Понятно, что никакого реального значения это число иметь не может: оно даёт нам только новую исходную точку для счета температур, а следовательно, и новую (абсолютную) температурную шкалу, градус которой равен градусу шкалы Цельсия, а нуль - лежит на 273° Ц. ниже температуры таяния льда и которая является в высшей степени удобной при трактовании многих вопросов теории газов, жидкостей и твёрдых тел.Литература1. Вернадский В.И. Философские мысли натуралиста.- М.: Наука, 1988. - 519 с. \r\n2. Волькенштейн М.В. Биофизика.- М.: Наука, 1988.- 590 с. \r\n3. Грибов Л.А., Прокофьева Н.И. Основы физики.- М.: Наука, 1995.- 554 с. \r\n4. Карпенков С.Х. Основные концепции естествознания.- М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1998.- 208 с. \r\n5.Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Законы эволюции и самоорганизации сложных систем.- М.: Наука, 1994.- 229 с. \r\n6. Концепции самоорганизации в исторической ретроспективе.- М.: Наука, 1994.- 236 с. \r\n7. Моисеев Н.Н. Идеи естествознания и общественные науки.- М.: ВЦ РАН, 1991.- 55 с. \r\n8. Мэрион Дж.Б. Общая физика с биологическими примерами.- М.: Высшая школа, 1986.- 623 с. \r\n9. Небел Б. Наука об окружающей среде. Как устроен мир: Учебник. 2-ой том.- М.: Мир, 1993.- 328 с. \r\n10. Степин В.С., Кузнецова Л.Ф. Научная картина мира в культуре техногенной цивилизации.- М.: Институт философии РАН, 1994.- 274 с. \r\n11. Шмальгаузен И.И. Пути и закономерности эволюционного процесса.-М.: Наука, 1983.- 360 с. \r\n12. Шредингер Э. Что такое жизнь? С точки зрения физики.- М.: Атомиздат, 1972.- 88 с. \r\n13. Шрейдер Ю.А. Эволюция и сотворение мира // Химия и жизнь.- 1993.- № 1.. \r\n14. Эйнштейн А., Инфельд Л. Эволюция физики.- М.: Молодая гвардия, 1966.- 267 с. \r\n15. Яблоков А.В., Юсуфов А.Г. Эволюционное учение.- М.: Высшая школа, 1981.- 343 с.
|
|
