МИР ТЕПЛА И ХОЛОДА

Развитие учения о теплоте.

ГЕРОН Александрийский (Heronus Alexandrinus) (вероятно, I — II вв. н. э.) — древнегреческий ученый и инженер. Преподавал в Александрии.

Эолипил (от греч. шар Эола, бога ветра) — паровая турбина, изобретённая Героном Александрийским

Пар вырывался из трубок, и машина вращалась

Температура и тепловое движение молекул

При нагревании молекулы внутри тела начинают двигаться быстрее. Расстояния между ними увеличиваются.

Георг Вильгельм Рихман

Во все века жила, Затаена,

Надежда – вскрыть все таинства природы.

В.Брюсов

— академик, физик; родился 11 июля 1711 года в Лифляндском городе Пернове, который после поражения Карла XII под Полтавой вошел в состав Эстляндии. Отец еще до рождения сына умер от чумы. Мать вышла замуж вторично. Начальное и среднее образование юноша получил в Ревеле (ныне Таллинн), большом портовом городе на берегу Финского залива, где были гимназия и навигацкая школа.С 1744 г., после отъезда Крафта в Германию, Георг Рихман остается единственным руководителем кафедры физики и физического кабинета Академии наук, который благодаря его стараниям и энергии стал в середине XVIII в. центром научно-исследовательской и учебной деятельности в России. В этом году Рихман представляет в академию труд «Размышления о количестве теплоты, которое должно получаться при смешивании жидкостей, имеющих определенные градусы теплоты».

(11 июля 1711 г.  - 26 июля 1753 г.) российский физик.

К концу XVIII в. вещественная теория теплоты начала сталкиваться со все большими трудностями и к середине XIX в. потерпела полное и окончательное поражение. Большим числом разнообразных опытов было показано, что "тепловой жидкости" не существует. При трении можно получить любое количество теплоты: тем больше, чем более длительное время совершается операция трения. С другой стороны, при совершении работы паровыми машинами пар охлаждается и теплота исчезает.В середине XIX в. была доказана связь между механической работой и количеством теплоты. Подобно работе количество теплоты оказалось мерой изменения энергии. Нагревание тела связано не с увеличением в нем количества особой невесомой "жидкости", а с увеличением его энергии. Принцип теплорода был заменен гораздо более глубоким законом сохранения энергии. Было установлено, что теплота представляет собой форму энергии.Значительный вклад в развитие теорий тепловых явлений и свойств макросистем внесли немецкий физик Р. Клаузиус (1822—1888), английский физик-теоретик Дж. Максвелл, австрийский физик Л. Больцман (1844—1906) и другие ученые.

Р. Клаузиус

Дж. Максвелл

Л. Больцман

ТЕОРИЯ ТЕПЛОРОДА

ЛОМОНОСОВ Михаил Васильевич(19.XI.1711 - 15.IV.1765)

— ученый и писатель, действительный член Российской Академии Наук, профессор химии С. — Петербургского университета; родился в дер. Денисовке, Архангельской губ., 8 ноября 1711 г., скончался в С. — Петербурге 4 апреля 1765 года.

Одним из наиболее выдающихся естественнонаучных достижений Ломоносова является его молекулярно-кинетическая теория тепла.В середине XVIII века в европейской науке господствовала теория теплорода, впервые выдвинутая Робертом Бойлем. В основе этой теории лежало представление о некой огненной (или, как вариант, холодообразующей) материи, посредством которой распространяется и передается тепло, а также огонь.Основной заслугой кинетической теории тепла Ломоносова является придание понятию движения более глубокой физической значимости.

 РУМФОРД (ТОМПСОН) Бенджамин (Rumford, Thompson Benjamin) (26.III.1753 – 21.VIII.1814) - английский физик, член Лондонского королевского об-ва (1779). Р. в Уоберне (США).

Работы посвящены теплоте, оптике, исследованию теплового излучения. Осуществил (1798) ряд опытов, устанавливающих зависимость между трением и теплотой, выделяемой при сверлении пушечных стволов. Исходя из проведенных экспериментов, сделал вывод, что теплота является особым видом движения — движением частиц вещества Это положило начало исследованиям, которые в середине XIX в привели к замене теории теплорода кинетической теорией теплоты Открыл конвекцию газов и жидкостей. Определял излучательную способность тел. Независимо от Дж. Лесли нашел, что чем лучше поверхность отражает тепловые лучи, тем меньше она излучает тепла. Изучал теплопроводность различных тел, в частности жидкостей, считал, что жидкости являются непроводниками тепла.

Гемфри ДЭВИ (Davy H.) (17.XII.1778 - 29.V.1829)

Родился в маленьком городке Пензансе на юго-западе Англии. Об этой местности есть старинная поговорка: "Южный ветер приносит туда ливни, а северный - возвращает их".

Научные исследования в области физики посвящены выяснению природы электричества и теплоты.На основании определения температуры воды, образующейся при трении кусков льда друг о друга, охарактеризовал (1812 г.) кинетическую природу теплоты.

Выдающийся английский ученый, родился вблизи Манчестера в Англии в семье богатого владельца пивоваренного завода. Он получил домашнее образование. В течение трех лет его наставником был выдающийся химик Джон ДальтонДжоуль внёс большой вклад в развитие термодинамики. В 1843 г. он занялся новой проблемой: доказательством существования количественного соотношения между «силами» разной природы, приводящими к выделению тепла

Джоуль Джеймс Прескотт ( 24.12.1818 — 11.10.1889

Теоретические труды

Немецкий врач и физик Майер родился в Хейльбронне. Сын аптекаря. Окончил медицинский факультет Тюбингенского университета (1838). В 1839 работал в парижских клиниках.В работе «Органическое движение в его связи с обменом веществ» (1845) Майер четко сформулировал энергии сохранения закон и теоретически рассчитал численное значение механического эквивалента теплотыПравильную оценку работ М. впервые дал Г. Гельмгольц

ГЕЛЬМГОЛЬЦ (Helmholtz), Герман Людвиг Фердинанд31 августа 1821 г. – 8 сентября 1894 г. Немецкий физик, математик, физиолог и психолог Герман Людвиг Фердинанд Гельмгольц родился в Потсдаме в семье учителя гимназии. В 1838 г. он окончил гимназиюВвёл понятие потенциальной энергии , связал закон сохранения энергии с невозможностью построения вечного двигателя. Проанализировав большинство известных в то время физических явлений, Гельмгольц показал всеобщность этого закона, в частности то, что происходящие в живых организмах процессы также подчиняются закону сохранения энергии

Майер (Mayer) Юлиус Роберт (25.11.1814 г. - 20.03.1878 г.)

Внутренняя энергия

Это совокупность потенциальных и кинетических энергий всех молекул, составляющих тело.

U = ∑EP + ∑Ek

Количество теплоты – мера энергии, полученной или

отданной телом в процессе теплопередачи.

Изменение внутренней энергии тела, происходящее при теплообмене, называется КОЛИЧЕСТВОМ ТЕПЛОТЫ.

Q - количество теплоты [Q] = Дж (джоуль)

Что такое температура и как она измеряется?

ТЕМПЕРАТУРА— величина, которая характеризует тепловое состояние тела или иначе мера «нагретости» тела.Чем выше температура тела, тем большую в среднем энергию имеют его атомы и молекулы.Приборы, служащие для измерения температуры называются термометрами.

Принцип измерения температуры.

Температура непосредственно не измеряется! Измеряется величина, зависящая от температуры! В современных жидкостных термометрах - это объем спирта или ртути ( в термоскопе Галилея – объем газа). Термометр измеряет собственную температуру! А, если мы хотим измерить с помощью термометра температуру какого-либо другого тела, надо подождать некоторое время, пока температуры тела и термометра уравняются, т.е. наступит тепловое равновесие между термометром и телом.В этом состоит закон теплового равновесия: у любой группы изолированных тел через какое-то время температуры становятся одинаковыми, т.е. наступает состояние теплового равновесия.

Первые термометры.

Рене Антуан Фершо де Реомюр Андерс Цельсий

В 1730 году французский физик Р. Реомюр предложил спиртовой термометр с постоянными точками таяния льда (0 °R) и кипения воды (80 °R).

Примерно в это же время шведский астроном Андерс Цельсий использовал ртутный термометр Фаренгейта с собственной шкалой, где температура кипения воды была принята за 0 градусов, а таяния льда – за 100 градусов.

В 1714 году Д. Г. Фаренгейт изготовил ртутный термометр. На шкале он обозначил три фиксированные точки: нижняя, 32 °F - температура замерзания солевого раствора, 96 ° - температура тела человека, верхняя 212 ° F - температура кипения воды. Термометром Фаренгейта пользовались в англоязычных странах вплоть до 70-х годов 20 века, а в США пользуются и до сих пор.

В 1848 году с произволом в выборе нуля отсчета температуры на шкалах термометров было покончено английским физиком Вильямом Томсоном (Лордом Кельвином), доказавшим существование абсолютного нуля температур. Произведенные лордом расчеты дали цифру –273,15°С, а обозначил он эту температуру, как и положено, за 0 градусов.

ФАРЕНГЕЙТ, ДАНИЭЛЬ ГАБРИЭЛЬ (Fahrenheit, Daniel Gabriel) (1686–1736), немецкий физик. Родился 24 мая 1686 в Данциге (ныне Гданьск, Польша)

ТОМСОН (Thomson) лорд КЕЛЬВИН, Уильям26 июня 1824 г. – 17 декабря 1907 г.

Абсолютная шкала температур.

Газовый термометр.Прибор для измерения температуры, действие которого основано на зависимости давления или объёма идеального газа от температуры. Чаще всего применяют газовый термометр постоянного объёма (рис.), который представляет собой заполненный газом баллон 1 неизменного объёма, соединённый тонкой трубкой 2 с устройством 3 для измерения давления. В таком термометре изменение температуры газа в баллоне пропорционально изменению давления. Газовые термометры измеряют температуры в интервале от ~2К до 1300 К.

Термометры применяемые в современной технике.

Термоэлектрический термометр

Инфракрасные термометры (пирометры) – это быстрый и простой метод определения температурных отклонений

Биметаллический термометр

Электронные термометры

Холод на службе у человека.

Современные тепловые двигатели.

1876г. Немецкий изобретатель Отто создал двигатель

внутреннего сгорания ДВС, который работал по

четырехтактной системе

Современные тепловые двигатели.

Электромобиль, работающий на сжиженном газе

Кроме положительного эффекта от

использования тепловых двигателей

проблема имеет и другую сторону –

загрязнение окружающей среды

ВоздухВредные вещества в отработанных газах, твердые частицы поднимаемые с пылью колесами автомашин

Почва Отходы, загрязненные нефтепродуктами, сажевые частицы, образовавшиеся при стирании автошин на дорогах

Вода Стоки с автомоек, гаражей, стоянок, АЗС, автодорог. Хлориды, используемые для борьбы с гололедом

Топки тепловых электростанций, двигатели внутреннего сгорания автомобилей, самолетов и других машин выбрасывают в атмосферу вредные для человека, животных и растений вещества, которые попадают в атмосферу, а из нее — в различные части ландшафта

Тепловые электростанции вносят свой «вклад» в увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере.

Концентрация углекислого газа в атмосфере северного полушария

Береги свою планету, Ведь другой на свете нету!