|
Рассмотрим процесс подвода теплоты извне, от какого-либо источника тепла, к некоторому телу, объем которого поддерживается постоянным (например, к газу, заключенному в сосуде постоянного объема). Как известно из практики, в результате подвода теплоты температура тепла возрастает.
В ходе развития науки представления о теплоте изменялись. Со времен Аристотеля господствовало представление о том, что теплота является одним из «первичных качеств», присущих материи, причем каждому из тел это «первичное качество» присуще в различной мере. Уже в XVII в. в трудах Р. Декарта и Ф. Бэкона содержатся попытки связать представление о теплоте с движением частиц, из которых состоит тело. В XVIII в. в связи с широким развитием калориметрии в науку прочно вошло представление о так называемом теплороде (флогистоне) — особой невязкой и невидимой жидкости, переходящей от более нагретых тел к менее нагретым при их соприкосновении; повышение температуры тела объяснялось увеличением содержания теплорода в теле. Следует заметить, что еще в 1760 г. М. В. Ломоносов отвергал теорию теплорода, постулируя представление о теплоте как о форме движения частиц.
В. конце XVIII в. появляются работы, опровергающие теорию теплорода. Одной из первых работ в этой области был эксперимент, выполненный английским ученым Б. Румфордом в 1798 г. В эксперименте Румфорда к внутренней поверхности орудийного ствола, вращавшегося' вокруг своей оси, был прижат тупой резец. Румфорд обнаружил, что в результате трения резца о ствол температура ствола возрастала вследствие выделения теплоты. При этом было установлено, что теплота в этом опыте может выделяться столь долго, сколь долго вращается орудийный ствол. Анализируя результаты своих опытов, Румфорд сделал вывод о том, что «если изолированное тело или система тел способны без ограничения производить теплоту, то она (теплота) не может быть материальной субстанцией», и что «только движение в состоянии обеспечить непрерывное возбуждение и распространение тепла в наших опытах». Одновременно с работой Румфорда сильный удар по теории теплорода нанесли опыты другого английского ученого, Г. Дэви, показавшего, что два куска льда, жира или воска можно расплавить простым трением друг о друга, без соприкосновения с каким-либо более нагретым телом.
В соответствии с законом сохранения и превращения энергии количество теплоты, подведенной к телу, соответствует возрастанию его внутренней энергии. Внутренняя энергия тела (U) складывается из энергии поступательного и вращательного движения молекул, составляющих тело, энергии внутримолекулярных колебаний, потенциальной энергии сил сцепления между молекулами, внутримолекулярной энергии, внутриатомной (энергия электронных оболочек атомов) и внутриядерной энергии.
Выше процесс подвода теплоты к телу рассматривался происходящим таким образом, что объем тела сохранялся постоянным. Как известно, в обычных условиях тела при нагревании расширяются. Поэтому в общем случае объем тела при нагревании увеличивается. Если рассматриваемое тело помещено в среду, давление в которой равно рс, то при увеличении объема тела будет совершаться работа против сил внешнего давления рс. В самом деле, рассмотрим процесс увеличения объема V тела произвольной формы, находящегося в среде с давлением Рс. Площадь поверхности тела обозначим F.
|
