Краткая историческая справка Первый закон термодинамики

Краткая историческая справка Первый закон термодинамики

Первый закон термодинамики является частным случаем всеобщего закона сохранения и превращения материи, сформулированного М. В. Ломоносовым в 1750 г. Частность его заключается в том, что он записывается для макроскопических неподвижных систем. Неподвижность следует понимать в том смысле, что система координат, относительно которой пишутся уравнения, скреплена с центром масс термодинамического рабочего тела. В первом законе термодинамики фигурируют величины, связанные с тепловым движением частиц — тепловой энергией и теплотой. Первый закон термодинамики (его называют также постулатом или первым началом) сформулирован на основе обобщения результатов анализа большого числа физических явлений. Справедливость этого закона обосновывается лишь тем, что до сих пор в окружающей действительности не обнаружено ни одного противоречащего рассматриваемому закону явления. Многочисленные попытки обойти этот закон (создать вечный двигатель, генерирующий энергию из ничего) всегда заканчивались неудачей. Первый закон термодинамики был сформулирован в середине XIX в. в результате работ немецкого ученого, врача Ю. Р. Майера и английского физика Дж. П. Джоуля. Знакомый ныне каждому школьнику закон сохранения энергии рождался, как и большинство научных достижений, весьма трагически. Судовой врач Юлиус Роберт Майер попытался учитывать теплоту, выделяемую в теле человека при сгорании (окислении) пищи. Сложность объекта исследований (человек), неточные данные по горению водорода — одного из основных компонентов пищи, примитивное, по нашим понятиям, лабораторное оборудование долгое время не позволяли получить экспериментального подтверждения гениальной догадки ученого о постоянном количественном соотношении при переходе энергии в теплоту. Пришлось даже некоторое время использовать гипотезу о выделении недостающей теплоты при трении в кровеносных сосудах текущей по ним крови. В 1840 г., работая на острове Ява, Р. Майер обобщил свои наблюдения, проанализировал данные других врачей-экспериментаторов и убедился в универсальности закона сохранения энергии на примере перехода в теплоту энергии, содержащейся в пище человека. Рукопись, отосланная им в немецкий научный журнал в 1840 г., к публикации принята не была, а его печатные работы 1842 г. были публично осмеяны. В дальнейшем были опубликованы более точные результаты Джеймса Джоуля (схема его прибора вошла во все школьные учебники физики), причем как раз в то время, когда у Р. Майера умерли дети. После ряда неудачных попыток отстоять свой приоритет он в отчаянии попытался покончить с собой, выбросившись из окна с четвертого этажа, и сломал обе ноги. Ученого объявили сумасшедшим. И только спустя почти 30 лет после первых его публикаций, когда все новые и новые исследователи признали его правоту в отношении всеобщего характера закона сохранения энергии, Р. Майер стал появляться в научных кругах, получил заслуженное признание и почет. Считается, что окончательная формулировка закона сохранения и превращения энергии была сделана в 1845—1847 гг. В работах Джоуля в 1843—1850 гг. было установлено, что между затраченной работой L и количеством полученной теплоты Q существует прямая пропорциональность — коэффициент пропорциональности, названный тепловым эквивалентом работы. Установленный принцип эквивалентности теплоты и механической работы в дальнейшем позволил утверждать, что все виды энергии, несмотря на их качественное различие, находятся в определенном эквивалентном отношении один к другому.