Краткий исторический очерк развития термодинамики

До 50-х годов XIX века наука рассматривала теплоту как особое невесо­мое, неуничтожимое и несоздаваемое вещество, которое имело название теп­лород. М.В.Ломоносов был одним из первых, кто опроверг эту теорию. В своей работе " Размышление о причинах теплоты и холода", изданной в 1774 г., он писал, что теплота является формой движения мельчайших частиц тела, заложив тем самым основы механической теории теплоты. М.В.Ломоносов один из первых высказал идею закона сохранения энергии, В его формулировке этого закона еще не содержатся количественные соот­ношения, но, несмотря на это, отчетливо и полно определяется сущность за­кона сохранения и превращения энергии.

Лишь столетие спустя этот закон, благодаря работам Майера, Гельмгольца, Джоуля получил всеобщее признание. В 1842 году появилась работа есте­ствоиспытателя Майера " Размышления о силах неживой природы". Его формулировка первого закона термодинамики в основном была философски умозрительной. В 1847 году была издана монография немецкого врача Гельмгольца " О сохранении силы", где подчеркивается общее значение пер­вого начала как закона сохранения энергии, дается его математическая фор­мулировка и приложение к технике. В 1856 году Джоуль экспериментально доказал существование этого закона.

В 1824 году появился труд французского инженера Сади Карно " Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу”, в котором были заложены основы термодинамики. В этой работе он указал причины несовершенства тепловых машин, пути повышения их ко­эффициента полезного действия (кпд), сформулировал второй закон термо­динамики, идеальный цикл тепловых машин (цикл Карно) и другие важные положения термодинамики.

В 1906 г. Нернст сформулировал третье начало термодинамики, в кото­ром предположил, что с приближением абсолютной температуры к нулю ин­тенсивность теплового движения и энтропия стремятся к нулю. Принцип не­достижимости абсолютного нуля температур - одно из следствий известной тепловой теоремы Нернста.

Существует еще понятие так называемого нулевого начала термодинами­ки. Изучая явления в рамках классической термодинамики, как правило, от­влекаются от характера молекулярного и атомного строения вещества. При исследовании явлений обращают внимание исключительно на макроскопи­ческие свойства системы, которые оцениваются по опытным данным изме­рения макроскопическими приборами: термометрами, калориметрами, ма­нометрами и т.д. Поэтому классическая термодинамика является феноменологической наукой. Таким образом, в классической термодинамике отвлекаются от движения микрочастиц тела и рассматривают лишь резуль­тат этого движения, который есть не что иное, как температура тела. Это и есть нулевое начало термодинамики. Оно формулируется в виде следующей аксиомы: все тела при тепловом равновесии обладают температурой. Нуле­вое начало является исходным положением термодинамики, так как тепловое движение происходит во всех телах. Оно неуничтожимо, как неуничтожимо всякое движение в природе.

В конце XIX века Л.Больцманом и У.Гиббсом были заложены основы статистической термодинамики. В отличие от классической термодинамики она позволяет вычислить макроскопические характеристики по данным о со­стоянии микрочастиц тела - их расположению, скоростях, энергии. У.Гиббс внес существенный вклад и в классическую термодинамику, разработав ме­тод потенциалов, установив правило фаз и др.

После создания фундамента термодинамического метода началась разра­ботка его приложений и, прежде всего, к теории тепловых машин. Большое значение имело введенное Ж.Гюи и А.Стодолой понятие работоспособности теплоты, или максимальной технической работы, которую можно получить от имеющегося количества теплоты в заданном интервале температур. В 1956 году Р.Рант дал этой величине название " эксергия", В отличие от эн­тропии, всегда возрастающей в реальных процессах, в отличие от энергии, количество которой строго сохраняется (согласно первому закону термоди­намики), эксергия - запас работоспособности или это то количество полезной работы, которое можно получить от имеющейся теплоты в заданном интер­вале температур.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Каковы основные резервы энергосбережения в народном хозяйстве России?

2. Кто являются основоположниками первого, второго и третьего зако­нов термодинамики?

3. Какие ученые внесли наибольший вклад в развитие термодинамики?