Концепции теплоты в истории физики

Предыстория термодинамики.

В повседневной жизни люди непосредственно ощущают как холод, так и тепло, поэтому интуитивное представление о температуре как степени нагревания тел возникло достаточно давно. От температуры окружающей среды зависит сама возможность жизни на Земле, а изменение температуры на 20—30°С при смене времен года изменяет многие природные процессы. Люди добились относительной независимости от температуры окружающей среды тогда, когда научились добывать и поддерживать огонь. Укрощение огня — одно из величайших достижений Человечества.

Первые представления о теплоте непосредственно связаны с огнем. Аристотель рассматривал огонь как одну из сущностей, участвующих вместе с воздухом, водой и землей в образовании всех тел окружающего мира. У Гераклита огонь выступает в качестве первоосновы мира: «Этот космос, тот же самый для всех, не создал никто ни из богов, ни из людей, но он всегда был, есть и будет вечно живым огнем, мерами разгорающимся и мерами погасающим»¹.

Подлинно научные взгляды на природу теплоты формируются на основе развития экспериментального естествознания, когда после изобретения термометра в начале XVII в. стало возможным количественное исследование теплоты. Правда, первые приборы реагировали на совместное действие теплоты и давления, поскольку не были герметичными. Г. Галилей уже в 1597 г. сконструировал нечто вроде комбинации термометра с барометром — термоскоп (рис. 10.1). Он измерял разницу температур, но не саму температуру. При повышении температуры воздух в трубке расширяется, толкая воду вниз, а когда воздух остывает, он сжимается, и уровень воды повышается.

Термометры с жидкостью описаны в 1667 г. Если эта жидкость — вода, то с ее помощью нельзя измерять температуру ниже 0 °C, поскольку в этом случае вода замерзает. Немецкий исследователь Фаренгейт в 1723 г. изобрел ртутный термометр^[1][2] (может измерять температуру до -38°С) и установил шкалу температур, согласно которой вода кипит при 212°F. Шведский астроном Цельсий предложил в 1742 г. приписать температуру 0 °C точке кипения воды, а 100 °C — точке ее замерзания. В 1750 г. немецкий астроном М. Штремер изменил направление шкалы, и температурная шкала Цельсия приобрела привычный для нас вид. В 1848 г. английский физик У. Томсон (1824—1907, с 1892 г. — лорд и барон Кельвин; титул барона присвоен ему за выдающиеся научные заслуги) предложил начало отсчета абсолютных температур переместить к самой низкой температуре, которую могут иметь тела, — абсолютному нулю и впервые вычислил его значение: -273°С.

Рис. 10.1. Термоскоп Галилея^[3]

• [1] Перекличка веков. Размышления, суждения, высказывания; сост. В. Г. Носков. М. :Мысль, 1990. С. 16.
• [2] Отметим, что для измерения температуры сибирских морозов ртутный термометрнепригоден — используется термометр спиртовой, поскольку температура замерзания этилового спирта около 114*0.
• [3] Наука. Величайшие теории. Вып. 9. Природа описывается формулами. Галилей. Научный метод. М.: Де Агостини, 2015. С. 36.