Теория калорийности - Caloric theory

Теория калорийности - устаревшая научная теория , согласно которой тепло состоит из самоотталкивающей жидкости, называемой калорией, которая течет от более горячих тел к более холодным. Калорийность также считалась невесомым газом, который мог проходить через поры твердых и жидких тел. «Теория калорийности» была вытеснена к середине 19 века в пользу механической теории тепла , но, тем не менее, сохранялась в некоторой научной литературе - особенно в более популярных методах лечения - до конца 19 века.

История ранних веков

Первый в мире ледяной калориметр , использованный зимой 1782–83 годов Антуаном Лавуазье и Пьером-Симоном Лапласом для определения тепла, участвующего в различных химических изменениях ; расчеты, основанные на предыдущем открытии скрытой теплоты Джозефом Блэком . Эти эксперименты составляют основу термохимии .

В истории термодинамики первоначальные объяснения тепла полностью смешивались с объяснениями горения . После того, как JJ Бехер и Шталь ввел флогистона теорию горения в 17 - м веке, флогистон считалось , что быть веществом тепла.

Есть одна версия теории калорийности, которую ввел Антуан Лавуазье . Лавуазье разработал объяснение горения в терминах кислорода в 1770-х годах. В своей статье «Réflexions sur le phlogistique» (1783) Лавуазье утверждал, что теория флогистона несовместима с его экспериментальными результатами, и предложил «тонкую жидкость», называемую калорийной, в качестве вещества тепла . Согласно этой теории, количество этого вещества постоянно во Вселенной, и оно перетекает от более теплых тел к более холодным. Действительно, Лавуазье был одним из первых, кто использовал калориметр для измерения тепла, выделяемого во время химической реакции.

В 1780-х годах некоторые считали, что холод - это жидкость, «холод». Пьер Прево утверждал, что холод - это просто недостаток калорий.

Поскольку тепло было материальной субстанцией в теории теплоснабжения и, следовательно, не могло быть создано или разрушено, сохранение тепла было центральным предположением.

На введение калорийной теории повлияли эксперименты Джозефа Блэка, связанные с тепловыми свойствами материалов. Помимо теории теплоты, в конце восемнадцатого века существовала другая теория, которая могла объяснить феномен тепла: кинетическая теория . В то время эти две теории считались эквивалентными, но кинетическая теория была более современной, поскольку использовала некоторые идеи атомной теории и могла объяснить как горение, так и калориметрию.

Успехов

На основе одних только этих гипотез можно сделать и было сделано довольно много успешных объяснений. Мы можем объяснить охлаждение чашки чая при комнатной температуре: калорийность является самоотталкивающей, и поэтому она медленно перетекает из регионов с высокой калорийностью (горячая вода) в регионы с меньшей калорийностью (более прохладный воздух в комнате).

Мы можем объяснить расширение воздуха под действием тепла: калорийность поглощается воздухом, что увеличивает его объем . Если мы скажем немного больше о том, что происходит с калорией во время этого явления поглощения, мы сможем объяснить излучение тепла, изменения состояния вещества при различных температурах и вывести почти все законы газа .

Сади Карно разработал свой принцип цикла Карно , который до сих пор составляет основу теории теплового двигателя , исключительно с точки зрения калорийности.

Однако одним из величайших очевидных подтверждений теории калорийности была теоретическая поправка Пьера-Симона Лапласа к вычислению скорости звука сэром Исааком Ньютоном . Ньютон предполагал изотермический процесс , в то время как Лаплас, калорист, рассматривал его как адиабатический . Это дополнение не только существенно скорректировало теоретическое предсказание скорости звука, но и продолжало делать даже более точные предсказания в течение почти столетия спустя, даже когда измерения стали более точными.

Более поздние разработки

В 1798 году граф Рамфорд опубликовал «Экспериментальное исследование источника тепла, возбуждаемого трением» , отчет о своем исследовании тепла, выделяемого при производстве пушек . Он обнаружил, что повторное сверление пушки не приводит к потере ее способности выделять тепло и, следовательно, к потере калорийности . Это наводило на мысль, что калорийность не могла быть консервированной «субстанцией», хотя экспериментальные неопределенности в его эксперименте широко обсуждались.

В то время его результаты не рассматривались как «угроза» теории калорийности, поскольку эта теория считалась эквивалентной альтернативной кинетической теории . Фактически, для некоторых из его современников результаты помогли понять теорию калорийности.

Аппарат Джоуля для измерения механического эквивалента тепла .

Эксперимент Рамфорда вдохновил Джеймса Прескотта Джоула и других на работы ближе к середине 19 века. В 1850 году Рудольф Клаузиус опубликовал статью, показывающую, что эти две теории действительно совместимы, поскольку принцип сохранения тепла калористов был заменен принципом сохранения энергии . Таким образом, тепловая теория вошла в анналы физики и превратилась в современную термодинамику , в которой тепло обычно представляет собой передачу кинетической энергии частиц (атомов, молекул) от более горячего вещества к более холодному.

В более позднем сочетании с законом сохранения энергии, калорийность теория до сих пор дает ценную физическую понимание некоторых аспектов тепла, например, появление уравнения Лапласа и уравнения Пуассона в задачах пространственного распределения тепла и температуры.

Примечания

использованная литература