В XVIII веке считалось, что одно тело теплее другого потому, что содержит больше теплорода – невесомого вещества, создающего ощущение тепла. Также считалось, что теплород нельзя ни создать, ни уничтожить: он только переходит от одних тел к другим, вызывая охлаждение первых и нагревание вторых. Однако в 1798 г. министр Баварии граф Б.Румфорд провёл знаменитый опыт, оставивший теорию теплорода лишь в пыли библиотек.

В те времена пушки изготавливали так. Из расплавленного металла отливали пушечные стволы, не оставляя внутри них канала для ядер. Его делали позже огромными сверлильными станками, приводившимися в движение лошадьми (см. рисунок). Румфорд заметил, что во время сверления стволы очень сильно нагреваются. Он предположил, что причина нагревания – трение сверла о пушечный ствол, то есть совершение механической работы.

Для проверки гипотезы (предположения) Румфорда было решено увеличить силу трения. Для этого взяли тупое сверло, а пушечный ствол поместили в бочку с водой. Спустя два с половиной часа, к изумлению свидетелей этого грандиозного опыта, вода закипела!

Из опыта Румфорда следовало по крайней мере два вывода. Либо теплород можно «изготавливать» в неограниченных количествах (и тогда это приведёт к переделке всей теории теплорода), либо нагревание тел объясняется не теплородом, и его не существует вообще. Дальнейшее развитие науки подтвердило правильность именно второго вывода – при совершении работы силой трения возникает некоторое количество теплоты.

1. Какое ошибочное мнение существовало до XIX века?
2. Теплород XVIII века был воплощением ...
3. Чем теплород был похож на закон сохранения энергии?
4. Немецкий учёный Румфорд вошёл в историю тем, что ...
5. Какую гипотезу выдвинул Румфорд?
6. Опыт и его результат стали подтверждением ...
7. Чтобы проверить гипотезу Румфорда экспериментом, ...
8. Благодаря значительному увеличению силы трения ...
9. Какой вывод из опыта Румфорда оказался правильным?
10. Если работа совершается силой трения скольжения, то ...

К концу XVIII века учёные научились измерять и работу, и количество теплоты. Поэтому возникало много вопросов. Если сила трения будет совершать 1 Дж работы над различными веществами (сталью, медью, водой и так далее), то одинаковое ли количество теплоты выделится при этом? Если одинаковое – то сколько именно? Если разное, то от каких причин зависит выделение тепла? Были и многие другие вопросы. Поэтому для дальнейшего развития теории тепловых явлений потребовались новые экспериментальные данные.

Спустя полвека, в 1850 г. манчестерский пивовар Д.Джоуль дал ответы на все вопросы. Его экспериментальной установкой стал калориметр с погружённой в него мешалкой, которая приводилась во вращение опускавшейся гирей (см. рисунок). Трение лопастей мешалки о воду или ртуть, которыми заполнялся калориметр, приводило к их нагреванию. Это измеряли термометром.

Сила тяжести, опуская гирю, совершала работу A = F · l = mg · h. Возникавшее при трении количество теплоты подсчитывали по основной калориметрической формуле Q=cmΔt°.

Джоуль многократно повторял этот опыт при различных условиях: менял количество воды, заменял её ртутью и другими веществами, менял массу гири, высоту её поднятия и так далее. Однако вывод был всегда тот же: совершение силой трения скольжения 1 Дж механической работы приводит к возникновению теплоты в количестве 1 Дж. Этот неоспоримый факт стал экспериментальным подтверждением закона сохранения энергии.

Закон сохранения энергии лёг в основу термодинамики – новой для того времени теории тепловых явлений. С тех пор она существенно расширилась и превратилась в теорию о взаимопревращениях работы и энергии: тепловой, химической, электрической, атомной (ядерной) и так далее. В таком виде термодинамика существует и по сей день.

11. Каков главный вопрос после опыта Румфорда?
12. На иллюстрации схемы опыта Джоуля изображён ...
13. Что было причиной нагревания содержимого калориметра?
14. Как рассчитать механическую работу, совершавшуюся гирей?
15. По формуле Q=cmΔt° после опыта вычисляли ...
16. Какие параметры своего опыта изменял Джоуль? Он ...
17. Каков был результат всех вариантов проведения опыта?
18. Вывод Джоуля был крайне важен для науки, так как явился ...
19. Закон сохранения энергии стал фундаментом ...
20. Уже несколько веков термодинамика – это наука ...