|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
NAJWAŻNIEJSZE ODKRYCIA NAUKOWE
Prawo zachowania energii. Historia i istota odkryć naukowych
Katalog / Najważniejsze odkrycia naukowe Najważniejszym osiągnięciem nauk przyrodniczych jest ustanowienie prawa zachowania energii. Znaczenie tego prawa wykracza daleko poza granice konkretnego prawa fizycznego. Zamiast prawa zachowania mas, to prawo stanowi kamień węgielny naukowego materialistycznego światopoglądu, wyrażającego fakt niezniszczalności materii i ruchu. Właściwie już istniały filozoficzne przesłanki takiego stwierdzenia. Byli także wśród starożytnych filozofów, zwłaszcza atomistów, i Kartezjuszi były szczególnie konkretnie i wyraźnie widziane w Łomonosow. W 1807 r. członek Paryskiej Akademii Nauk, francuski fizyk i chemik Joseph Louis Gay-Lussac, badający właściwości gazów, założył eksperyment. Już wcześniej było wiadomo, że sprężony gaz rozprężając się, ochładza się. Naukowiec zasugerował, że może to wynikać z tego, że pojemność cieplna gazu zależy od jego objętości. Postanowił to sprawdzić. Gay-Lussac spowodował, że gaz rozprzestrzenił się z naczynia do pustej przestrzeni, czyli innego naczynia, z którego wcześniej ewakuowano powietrze. Ku zaskoczeniu wszystkich naukowców, którzy obserwowali eksperyment, nie nastąpił spadek temperatury, temperatura całego gazu nie uległa zmianie. Uzyskany wynik nie uzasadniał założeń naukowca, a on nie rozumiał sensu eksperymentu. Gay-Lussac dokonał wielkiego odkrycia, którego nie zauważył. Bardzo ważną rolę w rozwoju doktryny o transmutowalności sił natury odegrały badania rosyjskiego naukowca Emil Christianovich Lenz, sąsiadujące w tym zakresie z badaniami Faradaya. Jego niezwykłe prace dotyczące elektryczności mają wyraźną orientację energetyczną i znacząco przyczyniły się do wzmocnienia prawa. Dlatego Lenz słusznie zajmuje jedno z pierwszych miejsc w galaktyce twórców i wzmacniaczy prawa zachowania energii. Pierwszym, który dokładnie sformułował to wielkie prawo nauk przyrodniczych, był niemiecki lekarz Robert Mayer. Robert Julius Mayer (1814-1878) urodził się w Heilbronn w rodzinie aptekarza. Po ukończeniu szkoły średniej Mayer wstąpił na Wydział Lekarski Uniwersytetu w Tybindze. Tutaj nie uczęszczał na kursy matematyczne i fizyczne, ale dokładnie studiował chemię u Gmelina. Nie udało mu się bez przerwy ukończyć uniwersytetu w Tybindze. Został aresztowany za udział w zakazanym zgromadzeniu. W więzieniu Mayer rozpoczął strajk głodowy i szóstego dnia po aresztowaniu został zwolniony w areszcie domowym. Z Tybingi Mayer udał się do Monachium, a następnie do Wiednia. Wreszcie w styczniu 1838 r. pozwolono mu wrócić do ojczyzny. Tutaj zdał egzaminy i obronił pracę magisterską. Mayer wkrótce podjął decyzję o dołączeniu do holenderskiego statku płynącego do Indonezji jako lekarz okrętowy. Ta podróż odegrała ważną rolę w jej odkryciu. Pracując w tropikach zauważył, że kolor krwi żylnej mieszkańców gorącego klimatu jest jaśniejszy i szkarłatny niż ciemny kolor krwi mieszkańców zimnej Europy. Mayer słusznie wyjaśnił jasność krwi mieszkańców tropików: z powodu wysokiej temperatury organizm musi wytwarzać mniej ciepła. Wszak w gorącym klimacie ludzie nigdy nie zamarzają. Dlatego w gorących krajach krew tętnicza jest mniej utleniona i pozostaje prawie tak samo czerwona, gdy przechodzi do żył. Mayer wyszedł z założenia: czy ilość ciepła wydzielanego przez organizm zmieni się, gdy ta sama ilość pożywienia ulegnie utlenieniu, jeśli ciało, oprócz wydzielania ciepła, nadal działa? Jeśli ilość ciepła się nie zmienia, to więcej lub mniej ciepła można uzyskać z tej samej ilości jedzenia, ponieważ praca może zostać przekształcona w ciepło, na przykład przez tarcie. Jeśli zmienia się ilość ciepła, to praca i ciepło zawdzięczają swoje pochodzenie temu samemu źródłu - utlenianiu żywności w organizmie. W końcu praca i ciepło mogą się wzajemnie przekształcać. Pomysł ten natychmiast umożliwił Mayerowi wyjaśnienie i zagadkowanie eksperymentu Gay-Lussaca. Jeżeli ciepło i praca zamieniają się wzajemnie, to gdy gazy rozprężają się do próżni, gdy nie wytwarzają żadnej pracy, ponieważ nie ma siły nacisku przeciwstawiającej się zwiększeniu jego objętości, gaz nie powinien być chłodzony. Jeżeli, gdy gaz rozpręża się, musi działać przeciw ciśnieniu zewnętrznemu, to jego temperatura powinna się obniżyć. Ale jeśli ciepło i praca mogą zamienić się w siebie, jeśli te wielkości fizyczne są podobne, pojawia się pytanie o związek między nimi. Mayer próbował dowiedzieć się: ile pracy potrzeba, aby uwolnić pewną ilość ciepła i odwrotnie? W tym czasie było wiadomo, że do podgrzania gazu pod stałym ciśnieniem, gdy gaz rozszerza się, potrzeba więcej ciepła niż do podgrzania gazu w zamkniętym naczyniu. Oznacza to, że pojemność cieplna gazu przy stałym ciśnieniu jest większa niż przy stałej objętości. Ilości te były już dobrze znane. Ale ustalono, że oba zależą od natury gazu: różnica między nimi jest prawie taka sama dla wszystkich gazów. Mayer zdał sobie sprawę, że ta różnica ciepła wynika z faktu, że gaz podczas rozszerzania działa. Łatwo jest określić pracę wykonaną przez jeden mol rozprężającego się gazu po podgrzaniu o jeden stopień. Każdy gaz o małej gęstości można uznać za idealny - znane było jego równanie stanu. Jeśli podgrzejesz gaz o jeden stopień, to przy stałym ciśnieniu jego objętość wzrośnie o określoną wartość. W ten sposób Mayer stwierdził, że dla każdego gazu różnica między pojemnością cieplną gazu przy stałym ciśnieniu a pojemnością cieplną gazu przy stałej objętości jest wielkością zwaną stałą gazową. Zależy to od masy molowej i temperatury. To równanie nosi teraz jego imię. Równolegle z Mayerem i niezależnie od niego powstało prawo zachowania i przemiany energii Dżul и Helmholtz. Mechaniczne podejście Helmholtza, które sam musiał uznać za wąskie, umożliwiło ustalenie absolutnej miary „siły życiowej” i rozważenie wszystkich możliwych form energii albo w formie kinetycznej („siły żywej”), albo potencjalnej ( "siły rozciągające"). Wielkość przekształconej formy ruchu może być mierzona wielkością tej pracy mechanicznej, na przykład przy podnoszeniu ładunku, co można by uzyskać, gdyby cały zniknięty ruch został poświęcony na to podnoszenie. Eksperymentalne uzasadnienie zasady polega przede wszystkim na wykazaniu ilościowej pewności tej pracy. Zagadnieniu temu poświęcone były klasyczne eksperymenty Joule'a. James Prescott Joule (1818-1889) – piwowar z Manchesteru – rozpoczął od wynalezienia aparatu elektromagnetycznego. Urządzenia te i związane z nimi zjawiska stały się konkretnym, żywym przejawem transmutowalności sił fizycznych. Przede wszystkim Joule zbadał prawa wytwarzania ciepła przez prąd elektryczny. Ponieważ eksperymenty ze źródłami galwanicznymi (1841) nie pozwoliły ustalić, czy ciepło wytwarzane przez prąd w przewodniku jest tylko ciepłem przekazywanym reakcji chemicznych w akumulatorze, Joule postanowił poeksperymentować z prądem indukcyjnym. Umieścił cewkę z żelaznym rdzeniem w zamkniętym naczyniu z wodą, końce uzwojenia cewki podłączono do czułego galwanometru. Cewka była wprawiana w ruch obrotowy pomiędzy biegunami silnego elektromagnesu, przez uzwojenie którego prąd przepływał z akumulatora. Liczba obrotów cewki dochodziła do 600 na minutę, przy czym na przemian po kwadransie uzwojenie elektromagnesu było zamknięte, kwadrans rozwarty. Ciepło uwolnione w wyniku tarcia w drugim przypadku zostało odjęte od ciepła uwolnionego w pierwszym przypadku. Joule odkrył, że ilość ciepła wytwarzanego przez prądy indukcyjne jest proporcjonalna do kwadratu natężenia prądu. Ponieważ w tym przypadku prądy powstały w wyniku ruchu mechanicznego, Joule doszedł do wniosku, że ciepło można wytworzyć za pomocą sił mechanicznych. Co więcej, Joule, zastępując obrót ręki obrotem wywołanym spadającym ciężarem, ustalił, że „ilość ciepła, która jest w stanie ogrzać 1 funt wody o 1 stopień, jest równa i może zostać przekształcona w siłę mechaniczną, która jest w stanie podnieść 838 funtów do wysokości 1 stopy w pionie”. Wyniki te zostały przez niego podsumowane w pracy „O termicznym efekcie magnetoelektryczności i mechanicznym znaczeniu ciepła”, ogłoszonej w sekcji fizycznej i matematycznej Brytyjskiego Stowarzyszenia w dniu 21 sierpnia 1843 r. Wreszcie w pracach z lat 1847-1850 Joule rozwija swoją główną metodę, która została zawarta w podręcznikach fizyki. Daje najdoskonalszą definicję mechanicznego odpowiednika ciepła. Kalorymetr metalowy zamontowano na drewnianej ławce. Wewnątrz kalorymetru znajduje się oś, która przenosi ostrza lub skrzydła. Skrzydła te znajdują się w płaszczyznach pionowych tworzących ze sobą kąt 45 stopni (osiem rzędów). Do ścian bocznych w kierunku promieniowym przymocowane są cztery rzędy płyt, które nie zapobiegają obrotowi łopatek, ale uniemożliwiają ruch całej masy wody. W celu izolacji termicznej metalowa oś jest podzielona na dwie części drewnianym cylindrem. Na zewnętrznym końcu osi znajduje się drewniany cylinder, na którym dwie liny są nawinięte w tym samym kierunku, pozostawiając powierzchnię cylindra w przeciwnych punktach. Końce lin są przymocowane do stałych bloków, których osie leżą na lekkich kołach. Na osi nawinięte są liny przenoszące obciążenia. Wysokość upadku towaru mierzy się szynami. Następnie Joule określił ekwiwalent, mierząc ciepło generowane przez tarcie żeliwa o żeliwo. W kalorymetrze żeliwna płyta obraca się wokół osi. Pierścienie przesuwają się swobodnie po osi, niosąc ramę, rurkę i dysk, dopasowany kształtem do żeliwnej płyty. Za pomocą drążka i dźwigni możesz wywierać nacisk i dociskać płytę do płyty. Joule wykonał ostatnie pomiary mechanicznego odpowiednika w 1878 roku. Obliczenia Mayera i eksperymenty Joule'a zakończyły dwustuletnią dyskusję o naturze ciepła. Zasadę równoważności między ciepłem a pracą, potwierdzoną doświadczeniem, można sformułować w następujący sposób: we wszystkich przypadkach, gdy praca powstaje z ciepła, ilość ciepła równa otrzymanej pracy jest zużyta i odwrotnie, gdy praca jest wydatkowana, uzyskuje się taką samą ilość ciepła. Ten wniosek został nazwany Pierwszą zasadą termodynamiki. Zgodnie z tym prawem pracę można zamienić w ciepło i odwrotnie - ciepło w pracę. Co więcej, obie te wartości są sobie równe. Ten wniosek jest słuszny dla cyklu termodynamicznego, w którym system musi zostać zredukowany do warunków początkowych. Tak więc dla każdego procesu okrężnego praca wykonana przez system jest równa ciepłu odbieranemu przez system. Odkrycie pierwszej zasady termodynamiki dowiodło, że wynalezienie perpetuum mobile jest niemożliwe. Początkowo prawo zachowania energii nazywano tak - „perpetuum mobile jest niemożliwe”. Autor: Samin D.K.
▪ Biosfera
Hałas drogowy opóźnia rozwój piskląt
06.05.2024 Bezprzewodowy głośnik Samsung Music Frame HW-LS60D
06.05.2024 Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024
▪ Moduł fotowoltaiczny o wydajności konwersji 23,8% ▪ Chrząszcze to najbardziej wytrwałe stworzenia ▪ Technologia Mitsubishi Electric monitoruje uważność kierowcy ▪ Prototyp zamieszkałej stacji kosmicznej ▪ Odkurzacz automatyczny Anker Eufy X8 Pro
▪ sekcja strony Historia technologii, technologii, obiektów wokół nas. Wybór artykułów ▪ Artykuł Zwykły cud. Popularne wyrażenie ▪ artykuł Kiedy po raz pierwszy użyto rakiet? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Kruegera. Cud natury ▪ artykuł Świetlówki kompaktowe. Klasyfikacja. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Polecamy ciekawe artykuły Sekcja 
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony