47. Термодинамика в 19 в.

В развитии термодинамики в XIX веке можно выявить три периода. 

Первый связан с именем Карно, который в 1824г. в книге "Размышления о движущей силе огня" по существу сформулировал первое и второе начала термодинамики. В своих рассуждениях Карно опирался на гипотезу о существовании теплорода^*, но сумел прийти к верным выводам. Второй период примерно продолжился до середины XIX века и связан с развитием термодинамики выдающимися физиками Европы. Коротко остановимся на их биографиях и вкладе, который они внесли в развитие новой науки. Англичанин Дж. Джоуль (1818-1889) родился в Манчестере в семье пивовара. Опытным путем в 40-х годах Джоуль обнаружил, что теплота не сохраняется. Он ввел понятие о механическом эквиваленте теплоты; убедился, что теплота отнюдь не вещество, подобное воде. Однако природа теплоты для него была не ясна. Другой англичанин У. Томсон, или лорд Кельвин(1824-1907), родился в Белфасте, в 22 года получил в Глазго кафедру натуральной философии. В 1847 г. в Оксфорде встретились на съезде Джоуль и Томсон, где первый поведал ему что теплота не сохраняется. Томсон был обескуражен и в дальнейшем в работе "К динамической теории теплоты" высказал предположение о том, что в природе, по видимому, существуют два независимых фундаментальных вида движения, тогда работы Карно и Джоуля не должны противоречить друг другу. Заметим, что Кельвин внес также крупный вклад в телеграфию (в проблему передачи символов на большие расстояния, изобрел приемник и т. д.).

Немецкий физик Готлиб, известный под псевдонимом Р. Клаузиус (1822-1888) в монографии "О движущей силе теплоты" (1850) ввел понятие энтропии^*; предполагал, что в природе есть два основополагающих принципа движения, отказался от идеи теплорода, а природу теплоты объяснял поведением частиц вещества. Этих же идей в XVIII веке придерживался русский ученый М.В. Ломоносов.

Французский физик и инженер Клапейрон (1799-1864) внес существенный вклад в термодинамику. Заметим, что в 1820-1830 гг. Клапейрон работал в С-Петербурге в институте Путей Сообщения. В эти годы он придал математическую форму идеям Карно, ввел диаграммный метод исследования термодинамических процессов (PVT-диаграммы). В 1834 г. вывел уравнение состояния идеального газа, обобщенное впоследствии Д.И.Менделеевым (1870). Установил так называемые уравнения Клапейрона-Клаузиуса, которые связывают температуры кипения и плавления с давлением газов.

Третье поколение термодинамиков открывает австрийский физик, чл-корр. С-Петербургской Академии Наук Людвиг Больцман (1844-1906). Он установил связь тепловой и механической формы движения, показав, что в основе теплоты лежит механическое движение атомов и молекул. Отметим, что в то время существование атомов еще не было общепризнанным. Больцман существенно развил кинетическую теорию газов и заложил основы статистической физики. К этому же поколению термодинамиков относятся Гиббс и Гельмгольц.

Американец Гиббс (1839-1903) - проф. Иельского университета разработал химическую термодинамику, т.е. сделал физическую химию дедуктивной наукой. Ввел понятие свободной энергии, показывающей, какое количество энергии можно получить в результате химической реакции. Ввел энтропийные диаграммы в техническую термодинамику.

Немецкий естествоиспытатель, член Берлинской Академии Наук и С - Петербургской Академии Наук Герман Гельмгольц (1821-1894) окончил Военно- медицинский институт и университет в Берлине, профессор физиологии и физики в ряде университетов. Его исследования связаны с электродинамикой, оптикой, теплотой, гидродинамикой. Он также ввел в термодинамику понятие свободной и связанной энергии, придал закону сохранения всеобщий характер.