Развитие представлений о природе тепловых явлений и свойствах макросистем

Развитие представлений о природе тепловых явлений – пример того, каким сложным и противоречивым путем постигается естественно-научная истина. Первые успехи на пути построения научной теории теплоты относятся к началу XVII в., когда был изобретен термометр. Тогда на вопрос «Что же такое теплота?» наметились 2 точки зрения. Согласно одной из них – вещественной теории тепла – теплота рассматривалась как особого рода невесома жидкость, способная перетекать от одного тела к другому. Она была названа теплородом. Приверженцы другой точки зрения полгали, что теплота – вид внутреннего движения частиц тела. Чем быстрее движутся частицы тела, тем выше его температура. В рамках подобных представлений теорию тепла первоначально называли корпускулярной. Ее придерживались Ньютон, Гук, Бойль, Бернулли…

Большой вклад в развитие корп. теории внес Ломоносов, рассматривавший теплоту как вращательное движение частиц и благодаря этому объяснивший процессы плавления, испарения и теплопроводности. И все же к середине XVIII в. временную победу одержала вещественная теория, т.к. экспериментально было доказано сохранение теплоты при теплообмене. В середине XIX в. была установлена связь между механической работой, и кол-вом теплоты. Кол-во теплоты оказалось мерой измерения энергии. Нагревание тела связано не с увеличением в нем кол-ва особой невесомой «жидкости», а с увеличением его энергии. Теплота представляет собой форму энергии. Принцип теплорода был вытеснен фундаментальным законом сохранения энергии.     

Термодинамические и статистические свойства макросистем.

Открытие закона сохранения энергии способствовало развитию двух качественно различных, но взаимодополняющих методов исследования тепловых явлений и свойств макросистем: термодинамического и статистического (молекулярно-кинетического). Первый лежит в основе термодинамики, а второй – молекулярной физике.

Термодинамика – наука о тепловых явлениях, в которой не учитывается молекулярное строение тел и тепловые явления характеризуются параметрами, регистрируемыми приборами. Законы термодинамики описывают тепловые св-ва тел. Такие тела наз. макросистемами. Тепловые св-ва макросистем определяются термодинамическими параметрами: температурой, давлением и удельным объемом. Температура - физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы. К концу XIX в. была создана последовательная теория, описывающая св-ва большой совокупности атомов и молекул – молекулярно-кинетическая теория, или статистическая механика. Процессы, изучаемые молекулярной физикой, являются результатом совокупного действия огромного числа молекул, которое анализируется статистическим методом, основанным на том, что св-ва макросистемы в конечном результате определяются особенностями движения частиц и их усредненными кинетическими и динамическими характеристиками. Термодинамические и статистические методы описания св-в макросистем дополняют друг друга и широко используются при решении различных естественно-научных задач.

Основные положения молекулярно-кинетических представлений:

любое тело – твердое, жидкое или газообразное – состоит из большого числа весьма малых частиц – молекул

молекулы всякого в-ва находятся в беспорядочном, хаотическом, не имеющем какого-либо преимущественного направления в движении

интенсивность движения молекул, определяемая их скоростью, зависит от температуры в-ва

Тепловые св-ва в-ва связаны с его внутренним строением. Исследование тепловых явлений можно использовать для выяснения общей картины строения в-ва.

Из основного ур-ния м.-к. теории вытекает важный вывод: средняя кинетическая энергия поступательного движения одной молекулы идеального газа прямо пропорциональна его термодинамической температуре и зависит только от нее: E = 3/2* kT (k – постоянная Больцмана, T – температура).