Закон сохранения вещества, опередив работы А. Лавуазье (1774). Был активным сторонником общих идей сохранения



Скачать 115.57 Kb.
Дата15.12.2012
Размер115.57 Kb.
ТипДокументы
Ломоносов Михаил Васильевич (1711 – 1765) – русский химик и физик. В 1756 г. на основе точного взвешивания установил закон сохранения вещества, опередив работы А. Лавуазье (1774). Был активным сторонником общих идей сохранения.

Паровая машина В 1764 г. И. Ползунов, в 1774, как универсальная машина Дж. Уаттом.

Карно Никола Леонард Сади (1796 – 1832) - французский физик и инженер, один из создателей термодинамики. Окончил политехническую школу в 1814 г. В 1814 – 19 и в 1826 – 27 гг. находился на военной службе в качестве инженера. В 1824 г. в небольшом по объему сочинении «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развить эту силу», исходя из невозможности создания вечного двигателя, впервые показал, что полезную работу можно получить лишь в случае, когда тепло переходит от тела, более нагретого к более холодному. Только разность температур нагревателя и холодильника обуславливает отдачу (КПД) тепловой машины, природа же рабочего тела не играет никакой роли.

Ввел понятие кругового и обратимого процессов, идеального цикла тепловых машин, заложив тем самым основы их теории.
Клайперон Бенда Поль Эмиль (1799 – 1864) – французский физик и инженер. Окончил политехническую школу в 1818 г. В 1820 – 1830 г. работал в Перербурге в Институте инженеров путей сообщения. После возвращения во Францию был профессором школы мостов и дорог в Париже.

В 1834 придал математическую форму идеям Карно. Исходя из этих идей, впервые ввел в термодинамику графический метод – индикаторные диаграммы, в частности предложил систему координат P – V. В 1834 г. вывел уравнение состояния идеального газа, обобщенное в 1874 Д. И. Менделеевым. (Уравнение Клайперона-Менделеева).
Ранкин Уильям Джон Макоури (1820 – 1872) – шотландский инженер и физик. В 1849 г. независимо от Р. Клаузиуса получил общее уравнение термодинамики, выражающее отношения между теплотой и механической энергией.

В 1859 г. предложил теорию паровой машины с идеальным термодинамическим циклом из адиабатических и изотермических процессов (цикл Ранкина – Клаузиуса).
Майер Юлиус Роберт (1814 – 1878) – немецкий врач. В 1840 – 41 годах принимал участие в плавании на остров Яву как корабельный врач. Обратил внимание на то, что цвет венозной крови матросов значительно светлее, чем в северных широтах. Это навело его на мысль, что существует связь между потреблением вещества и образованием тепла. Установил, что количество окисляемых продуктов в организме человека возрастает с увеличением выполняемой работы. В 1840 г. допустил, что теплота и механическая энергия способны взаимно превращаться. Основные работы, излагавшие эту идею опубликованы ы 1841 – 1842 гг.

Майер первым высказал мысль, что излучение солнца должно приводить к уменьшению его массы.

Джоуль Джеймс Прескотт (1818 - 1889) [5, 104] - английский физик, один из первооткрывателей закона сохранения энергии, член Лондонского королевского общества (1850г.). Родился в Солфорде. Получил домашнее образование. Первые уроки физики ему давал Дж. Дальтон, под влиянием которого Джоуль начал свои экспериментальные исследования.

Работы посвящены электромагнетизму, теплоте, кинетической теории газов. Установил в 1841г. зависимость количества тепла, выделенного в проводнике при прохождении через него электрического тока, от величины тока и сопротивления проводника (закон Джоуля-Ленца). В 1843г. экспериментально показал, что теплоту можно получить за счет механической работы и вычислил механический эквивалент теплоты, дав тем самым экспериментальное подтверждение закона сохранения энергии.
Гельмгольц Герман Людвиг Фердинанд (1821-1894) - немецкий естествоиспытатель, член Берлинской АН (1871г.).

Родился в Потсдаме (31.08). Учился в Военно-медицинском институте и в Берлинском университете.

В 1842г. получил степень доктора. В 1849-55г.г. - профессор физиологии Кёнигсбергского университета, 1855-58г.г. - Боннского, в 1858-71г.г. - Гейдельбергского университетов. В 1871-88г.г. - профессор физики Берлинского университета, с 1888г. - президент физико - технического института.

В 1847г. в работе "О сохранении силы" сформулировал и обосновал закон сохранения энергии и постулировал его всеобщий характер - этому закону подчиняются механические, тепловые, электрические, физиологические и другие процессы. Разработал термодинамическую теорию химических процессов, ввел понятие свободной и связанной энергии.

Серьезных результатов добился в физиологии.

В физиологической акустике выдвинул резонансную теорию слуха, построил модели уха. В физиологии зрения разработал теорию аккомодации, учение о цветовом зрении. Измерил скорость распространения нервного возбуждения. Разработал количественные методы в физиологии.

В Берлинском университете (1878г) его ассистентом был Генрих Герц, который возвращается в Берлинский университет в 1889 г и работает под руководством Гельмгольца.
Томпсон (Румфорд) Бенджамин (1754 – 1814) – родился в США, в 1776 переехал в Англию. Был военным. В 1784 – 1798 занимал различные государственные посты в Баварии. Здесь, за заслуги в этой деятельности получил титул графа Румфорда. В 1799 возвратился в Лондон. С 1802 г. жил в Париже. В 1798 г. представил описание опытов, продемонстрировавших выделение тепла при сверлении пушечных стволов (для этого он в течение двух с половиной часов сверлил болванку тупым сверлом, получив большое количество тепла при минимуме стружки). Точным взвешиванием показал, что вес воды, образовавшейся при таянии льда, равен весу льда. Эти опыты стимулировали переход от теории теплорода к кинетической теории теплоты.
Клаузиус Рудольф Юлиус Эммануэль (1822 – 1888) – немецкий физик – теоретик, один из создателей термодинамики. Окончил Берлинский университет в 1848 г.

Работы в области молекулярной физики, термодинамики, теории паровых машин, теоретической механики, математической физики. Развивая идеи Н. Карно, точно сформулировал принцип эквивалентности теплоты и работы. В 1850 независимо от У. Ранкина получил общие соотношения между теплотой и механической работой (первое начало термодинамики) и разработал идеальный термодинамический цикл паровой машины (цикл Ранкина – Клаузиуса).

В 1850 г. сформулировал второе начало термодинамики: «теплота сама по себе не может перейти от более холодного тела к более теплому». Дал математическое выражение второго начала термодинамики как в случае обратимых процессов (1854), так и необратимых (1862). Ввел новое важное понятие – понятие энтропии (1865), установив, что в замкнутой системе она либо остается неизменной (в случае обратимых процессов), либо возрастает (в случае необратимых процессов). Связал направление протекания процессов с ростом энтропии. Пришел к выводу о тепловой смерти замкнутой Вселенной. Внес значительный вклад в кинетическую теорию газов (средняя длина пробега, давление на стенку сосуда, понятие о сфере действия молекул).
Томсон (Кельвин) Уильям (1824 – 1907) – английский физик, один из основоположников термодинамики. Закончил Кембриджский университет в 1845 г. В 1851 сформулировал (независимо от Клаузиуса Р.) второй принцип термодинамики: «в природе невозможен процесс, единственным результатом которого была бы механическая работа, совершенная за счет охлаждения теплового резервуара». Применяя открытый им закон ко всей Вселенной, пришел в 1852 г. к выводу о тепловой смерти Вселенной. Ввел в 1848 г. понятие абсолютной температуры и абсолютную шкалу температур. В 1853 – 54 – Эффект Джоуля – Томсона. Построил термодинамическую теорию электрических явлений. В 1892 г. получил титул лорда Кельвина.
Ле Шателье Анри Луи (1850 – 1936) – французский физикохимик и металловед. Сформулировал в 1884 г. общий закон смещения термодинамического равновесия – внешнее воздействие, выводящее систему из термодинамического равновесия, вызывает в ней процессы, стремящиеся ослабить результаты этого воздействия – принцип Ле Шателье – Брауна.

Термодинамика (продолжение)

Введено:

Физические величины, определяющие состояние однородной системы в термодинамике: P, V, T и уравнение, связывающее эти физические величины – уравнение состояния идеального газа - PV = RT. ΔQ – изменение тепла.

Выражение для работы: ΔA = PdV.

Нулевой принцип термодинамики – условие термодинамического равновесия. Две системы (однородные) находятся в состоянии термодинамического равновесия, если: Т1 = Т2; Р1 = Р2.

Первый принцип термодинамики: ΔQ = dU + ΔA.

Второй принцип термодинамики: тепло само по себе (т.е. без совершения какой-либо работы) переходит только от тела, более нагретого к телу более холодному. Понятие энтропии – физической величины, изменение которой в термодинамических процессах определяется неравенством dS ≥ 0, т.е. в неравновесных процессах, которые реально идут в природе, энтропия возрастает. Появляется идея (Клаузиус, Кельвин) о тепловой смерти Вселенной. С введением энтропии второй принцип термодинамики для обратимых процессов записывается dQ = TdS + dA., обязательным условием, что теплота и работа не являются функциями состояния системы, а зависят от условий, в которых изменяется теплота и совершается работа.

Очень существенно, что термодинамическое описание никак не связано с микроскопическим описанием вещества, т.е. не зависит от его молекулярно-атомной модели.
Из кинетической теории газов.

Связь: давления газа со столкновениями молекул со стенками; внутренней энергии газа с температурой; давления с температурой.

Уравнение состояния идеального газа.

Понятие грамм – молекулы (моль) вещества1. Число Авогадро: 6,02 1023
Фазовые переходы.

«Фазой называется макроскопическая физически однородная часть вещества, отделенная от остальных частей системы границами раздела». Традиционным примером двух и трех фазного состояния вещества является лед и вода, вода, лед и водяные пары. Большая часть веществ, в обыденных наблюдениях, может существовать одновременно в виде твердого вещества, жидкости и газа. Фазовые переходы между жидкостью и твердым телом, жидкостью и газом относят к фазовым переходам первого рода. Критерием перехода первого рода является скрытая теплота, которая либо выделяется, либо поглощается при таких фазовых переходах. Наиболее известным процессом такого плана является поглощение тепла при переходе воды в пар. При температуре 1000 по Цельсию, при нормальных условиях- атмосферном давлении 760 мм. ртутного столба – вода закипает. Далее, при постоянном притоке тепла температура воды не меняется, а поступающее тепло расходуется на разрыв связей между молекулами воды, которые затем покидают жидкость, становясь молекулами пара. Теплота, затрачиваемая на этот процесс, называется скрытой теплотой парообразования.

Сам процесс кипения связан с пузырьками пара, образующимися внутри жидкости. Зародышами таких пузырьков являются маленькие пузырьки воздуха, растворенного в жидкости. Внутри каждого пузырька идет процесс парообразования до тех пор, пока под влиянием силы Архимеда пузырек не начинает подниматься вверх. Именно этот процесс массового движения пузырьков пара к поверхности воды мы и называем кипением. При определенных условиях, исключающих образование зародышей пузырьков газа, в замкнутом объеме можно наблюдать перегретую воду, т.е. воду при температуре превышающей точку кипения при данном давлении.

Над поверхностью воды при любой температуре имеется определенная концентрация пара. В условиях термодинамического равновесия, число частиц покидающих воду, равно числу частиц, превращающихся в жидкость. Опять же при условии исключения зародышей жидкой фазы можно наблюдать переохлажденный пар. В этом случае, как и в случае перегретой жидкости, мы имеем дело с неравновесным состоянием, которое лавинообразно переходит в равновесное, если вводятся соответствующие зародыши, на которых быстро конденсируется вода.

Известной особенность воды является более низкая плотность льда, чем воды. С этой особенностью связано понижение температуры плавления льда при повышении давления. Именно с этим свойством льда связано легкое скольжение коньков по его поверхности.
Микроскопическое обоснование термодинамики – статистическая физика.

По мере того как ученые убеждались в том, что любое вещество состоит из атомов и молекул, утверждалась идея получить микроскопическое обоснование термодинамики, опираясь на механическое описание движения большого числа частиц.

Принципиально, механика может описывать движение любого числа частиц. Следовательно, можно описать свойства вещества, обладающего макроскопическими размерами, рассматривая движение составляющих его частиц. Мы уже обсуждали опыт такого описания, качественно рассматривая молекулярно-кинетическую теорию равновесного2 идеального газа.

Первое предположение – макроскопические физические величины: внутреннюю энергию, давление нужно связать со средними характеристиками частиц газа, введя понятие температуры. При этом мы отказываемся от механического описания движения каждой частицы, переходя на вероятностное описание ее основных механических характеристик – вероятность того, что частица находится в объеме от v до v+dv; с импульсом от р до р +dp, c энергией от ε до ε +dε.

Если вероятность того, что энергия частицы находится в интервале от ε до ε +dε – W(ε) dε известна, то

‹ ε › = ∫ ε W(ε) dε. и ∫ W(ε) dε = 1., тогда ‹ Е › = N‹ ε ›. U = N‹ ε ›/V.

Где ‹ ε › - средняя энергия частицы. ‹ Е › средняя энергия газа из N частиц. U – плотность внутренней энергии газа – внутренняя энергия.

Если предположить, что число частиц, обладающих энергией в интервале от ε до ε +dε – dN(ε) пропорционально числу частиц N(ε) умноженному на интервал энергии dε, т.е. dN(ε) = α N(ε) dε, то

dN(ε)/N(ε) = α dε. или N(ε) = С exp(аε). При этом a и имеет размерность обратную энергии. Свяжем этот коэффициент со средней энергией частицы

а = 1/кТ, где к – называют постоянной Больцмана (размерность [к] – размерность энергии [ε] деленной на размерность температуры [Т]), тогда вероятность обнаружить частицу с энергией ε будет пропорциональна exp(- ε/кТ).

В этом случае для частиц идеального газа в свободном состоянии можно записать:

W(ε)dε = C exp(- ε/кТ) dε.

Если учесть, что ε = m(vx2 + vy2 + vz2 )/2,a vx2 + vy2 + vz2 = v2 - сфера в пространстве скоростей, то dε – это элемент объема этой сферы = 4πv2 dv. Следовательно, W(ε)dε = С exp(- mv2/2кТ) 4πv2 dv.

Или W(vx , vy , vz )dvx dvy dvz = B exp(- m(vx2 + vy2 + vz2) /2кТ)) dvx dvy dvz

Эти распределения были получены Максвеллом и носят его имя. Константы С и В находят из условия нормировки

∫ B exp(- m(vx2 + vy2 + vz2) /2кТ)) dvx dvy dvz = 1.

Вероятностное описание поведения огромного числа частиц в телах макроскопических размеров - основа статистической физики – микроскопической теории термодинамики. Термодинамические величины, являющиеся средними значениями микроскопических физических величин, могут отклоняться от своих средних значений. Такие отклонения называются флуктуациями. Достаточно большие относительные отклонения физических величин маловероятны, но, в принципе, возможны. Небольшие отклонения, малые флуктуации, вполне наблюдаемы.

Людвиг Больцман связал энтропию с вероятностью обнаружить систему в определенном состоянии:

S = - k lnW. Если W = 1, то S = 0. Во всех остальных случаях W > 0, но меньше 1. По мере того как возрастает неопределенность состояния системы, уменьшается W и, следовательно, возрастает S – энтропия системы.

Максвелл Джеймс Кларк (Clerk) (1831-1879г.г.) - английский физик, с 1871- первый профессор экспериментальной физики в Кембридже. Под его руководством создана Кавендешская лаборатория, которую он возглавлял до конца своей жизни.

В 1859 г. установил распределение молекул идеального газа по скоростям – распределение Максвелла. В 1866 – дал новый вывод распределения по скоростям, основанный на рассмотрении прямых и обратных столкновениях. Развил теорию переноса в общем виде.

В 1867 г. первый показал статистическую природу второго принципа термодинамики – «демон Максвелла». В 1878 г. ввел термин – «статистическая механика».
Людвиг Больцман (1844 – 1906) – австрийский физик- теоретик. Основные работы в области кинетической теории газов, один из основоположников классической статистической физики.

В 1866 вывел закон распределения газовых молекул по скоростям в потенциальном поле. В 1872 г. – эргодическая гипотеза. В 1872 г. – написал основное кинетическое уравнение для газов.

В 1872 г. связал энтропию физической системы с вероятностью состояния. Сформулировал Н – теорему.

В 1884 г. теоретически обосновал закон теплового излучения U(ω) ω4, который экспериментально был получен И. Стефаном в 1874 г. (Закон Стефана-Больцмана). В 1844 из термодинамических соображений обосновал существование давления света.
Гиббс Джозайя Уиллард (1839 – 1903) американский физик – теоретик. Окончил Йельский университет (1863). Совершенствовался в Парижском, Берлинском и Гейдельбергском университетах. Основные работы в области химической термодинамики и статистической механики, одним из основоположников которых он является. Заложил основы химической термодинамики (1873 – 1878), в частности разработал общую теорию термодинамического равновесия и метод термодинамических потенциалов, сформулировал (1875) правило фаз.

Работой «Основные принципы статистической механики, излагаемые со специальным применением к рациональному обоснованию термодинамики» (1902), завершил создание классической статистической физики.

1 Атомный вес в углеродных единицах – изотопу углерода С12 приписывается атомный вес равный точно 12. Углерод занимает в таблице Менделеева 6-е место. В его ядре 6 протонов и 6 нейтронов, в электронной оболочке 6 электронов.

2 Процесс установления равновесия непрост и требует отдельного рассмотрения.




Похожие:

Закон сохранения вещества, опередив работы А. Лавуазье (1774). Был активным сторонником общих идей сохранения iconЗакон сохранения полной механической энергии системы
Основной закон релятивистской динамики (закон сохранения релятивистского импульса)
Закон сохранения вещества, опередив работы А. Лавуазье (1774). Был активным сторонником общих идей сохранения icon" Проверка сохранения момента импульса"
Цель работы: определить момент инерции и угловую скорость электродвигателя. Проверить закон сохранения импульса
Закон сохранения вещества, опередив работы А. Лавуазье (1774). Был активным сторонником общих идей сохранения iconХимический
Закон сохранения массы веществ, закон сохранения и превращения энергии при химических реакциях
Закон сохранения вещества, опередив работы А. Лавуазье (1774). Был активным сторонником общих идей сохранения iconЗакон сохранения момента импульса план 1 Определение 2 Частный случай сохранения 3 Закон сохранения момента импульса для одного тела 4 Иллюстрация
Этот закон следует из изотропности нашего пространства, т е. из одинаковости его свойств по любому направлению. Иначе говоря, поворот...
Закон сохранения вещества, опередив работы А. Лавуазье (1774). Был активным сторонником общих идей сохранения iconЗакон сохранения массы
Этот закон неверен. Например, при радиоактивном распаде совокупная масса вещества уменьшается
Закон сохранения вещества, опередив работы А. Лавуазье (1774). Был активным сторонником общих идей сохранения iconЛитература по вопросу, параграфы 1 2 3 1 -ый семестр изучения дисциплины
Кинетическая и потенциальная энергии. Закон сохранения механической энергии. Общефизический закон сохранения энергии
Закон сохранения вещества, опередив работы А. Лавуазье (1774). Был активным сторонником общих идей сохранения iconЗаконы сохранения в электричестве 4 Законы сохранения фундаментальные законы природы 4 Примеры решения задач 5
Законы сохранения являются наиболее фундаментальными законами природы. В электростатике и электродинамике при решении задач используются...
Закон сохранения вещества, опередив работы А. Лавуазье (1774). Был активным сторонником общих идей сохранения iconЛекция электродинамика теории относительности (продолжение)
В основу построения релятивистской электродинамики положим утверждение об инвариантности электрического заряда и закон сохранения...
Закон сохранения вещества, опередив работы А. Лавуазье (1774). Был активным сторонником общих идей сохранения iconЗакон сохранения импульса (Урок с использованием оборудования l-микро) Цель урока: Обучения раскрыть содержание закона сохранения импульса. Воспитания эстетическое воспитание через демонстрацию опытов. Развития
Этот закон в живой природе и как он применяется в авиационной и космической технике
Закон сохранения вещества, опередив работы А. Лавуазье (1774). Был активным сторонником общих идей сохранения iconУрок по физике: Импульс. Закон сохранения импульса
Дать понятие импульса тела; изучить закон сохранения импульса тела; учиться решать задачи
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org