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. [1]
Ранняя история [ править ]
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 . [2] Согласно этой теории, количество этого вещества постоянно во Вселенной, [ цитата необходима ], и оно течет от более теплых тел к более холодным. Действительно, Лавуазье одним из первых применил калориметр. для измерения тепловых изменений 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 в теории теплоснабжения тепло было материальной субстанцией и поэтому не могло быть создано или разрушено, сохранение тепла было центральным предположением. [3]
На введение калорийной теории повлияли эксперименты Джозефа Блэка, связанные с тепловыми свойствами материалов. Помимо теории теплоты, в конце восемнадцатого века существовала еще одна 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.
Успехи [ править ]
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 . [4] 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 [ править ]
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 может 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 . [5] Фактически, некоторые из его современников добавили результаты к пониманию теории калорийности.
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, теория теплоты вошла в анналы физики и превратилась в современную термодинамику , в которой тепло - это кинетическая энергия некоторых частиц (атомов, молекул) вещества.
В более позднем сочетании с законом сохранения энергии, теория теплорода еще показывает очень ценное физическое понимание некоторых аспектов тепла, например, появление уравнения Лапласа и уравнения Пуассона в задачах пространственного распределения тепла и температуры.
Заметки [ править ]
- ↑ Издание 1880 года « Справочника по научному знанию знакомых вещей» , научно-образовательной книги 19-го века, объясняет теплопередачу с точки зрения потока калорий.
- ^ Николас В. Бест, «Размышления о флогистоне» Лавуазье II: О природе тепла , Основы химии , 2016, 18 , 3–13. В этой ранней работе Лавуазье называет это «вулканическим флюидом». Термин «калорийность» не вводился до 1787 года, когда Луи-Бернар Гайтон де Морво использовал калорийность в работе, которую он редактировал вместе с Лавуазье ( «Mémoire sur le développement des Principes de la nomenclature méthodique» в Guyton de Morveau, L. -B., Lavoisier, A.-L., Bertholet, C.-L., Fourcroy, A.-F. (ред.) Méthode de nomenclature chimiqueС. 26–74. Кюше, Париж). Слово «калорийность» было впервые использовано на английском языке в переводе эссе Гайтона Джеймсом Сент-Джоном («Мемуары, объясняющие принципы методической номенклатуры» в « Методе химической номенклатуры» , Кирсли, Лондон (1788), стр. 19–19 ). 50, стр.22).
- ^ См., Например, Карно, Сади (1824). Réflexions sur la Puissance Motrice du Feu .
- ^ Psillos, Stathis (1999). Научный реализм: как наука отслеживает истину . Рутледж. п. 115. ISBN 978-0-203-97964-8.
- ^ См., Например, Lavoisier, A.-L. де (1783 г.). Mémoire sur la chaleur, lu à l'Académie royale des Sciences, 28 июля 1783 г., номинал MM. Лавуазье и де ла Плас .
Ссылки [ править ]
- Фокс, Р. (1971). Калорийная теория газов . Кларендон Пресс: Оксфорд.
- Чанг, HS (2003). «Консервативный реализм и его недовольство: пересматривая калорийность» (PDF) . Философия науки . 70 (5): 902–912. DOI : 10.1086 / 377376 . S2CID 40143106 .
- Мендоса, Э. (февраль 1961 г.). «Очерк истории ранней термодинамики». Физика сегодня . 14 (2): 32–42. Bibcode : 1961PhT .... 14b..32M . DOI : 10.1063 / 1.3057388 .
