Развитие представлений о природе тепловых явлений реферат

Обновлено: 19.05.2024

1. Как менялись представления о природе тепловых явлений?

Многие философы древности рассматривали огонь и связанную с ним теплоту как одну из стихий, которая наряду с землей, водой и воздухом образует все тела. Одновременно предпринимались попытки связать теплоту с движением, так как было замечено, что при соударении тел или трении друг о друга они нагреваются.
Первые успехи на путипостроения научной теории теплоты относятся к началу XVII в., когда был изобретен термометр, и появилась возможность количественного исследования тепловых процессов и свойств макросистем.
Вновь был поставлен вопрос о том, что же такое теплота. Наметились две противоположные точки зрения. Согласно одной из них — вещественной теории тепла, теплота рассматривалась как особого рода невесомая "жидкость", способнаяперетекать из одного тела к другому. Эта жидкость была названа теплородом. Чем больше теплорода в теле, тем выше температура тела.
Согласно другой точке зрения, теплота — это вид внутреннего движения частиц тела. Чем быстрее движутся частицы тела, тем выше его температура.

2. Назовите две основные концепции для объяснения тепловых явлений, которые существовали в естествознании в ХVII-XIX вв. Какая из нихоказалась ошибочной? Почему?
К XVII веку было две противоположные точки зрения. Согласно одной из них - вещественной теории тепла, теплота рассматривалась как особого рода невесомая "жидкость", способная перетекать из одного тела к другому. Эта жидкость была названа теплородом. Чем больше теплорода в теле, тем выше температура тела.
Согласно другой точке зрения, теплота - это вид внутреннегодвижения частиц тела. Чем быстрее движутся частицы тела, тем выше его температура.
Таким образом, представление о тепловых явлениях и свойствах связывалось с атомистическим учением древних философов о строении вещества. В рамках таких представлений теорию тепла первоначально называли корпускулярной, от слова "корпускула" (частица). Ее придерживались ученые: Ньютон, Гук, Бойль, Бернулли.
С помощьюкорпускулярной теории теплоты не удалось получить столь важные для физики количественные связи между величинами. В частности, не удалось объяснить, почему теплота сохраняется при теплообмене. В те времена не была ясна связь между механической характеристикой движения частиц - их кинетической энергией и температурой тела. Понятие энергии еще не было введено в физику. Поэтому, вероятно, на основекорпускулярной теории не могли быть достигнуты в XVIII в. те немалые успехи в развитии теории тепловых явлений, какие дала простая и наглядная теория теплорода.
В середине XIX в. была доказана связь между механической работой и количеством теплоты. Подобно работе количество теплоты оказалось мерой изменения энергии. Нагревание тела связано не с увеличением в нем количества особой невесомой "жидкости", а сувеличением его энергии. Принцип теплорода был заменен гораздо более глубоким законом сохранения энергии. Было установлено, что теплота представляет собой форму энергии.

3. Как определяется состояние системы в термодинамике? Какой иделаьный объект изучает эта наука?
Термодинамической системой называется совокупность материальных тел, взаимодействующих, как между собой, так и с окружающей средой. Все теланаходящиеся за пределами границ рассматриваемой системы называются окружающей средой.
Идеальный газ. Идеальным газом называется газ, молекулы которого имеют пренебрежимо малый собственный объём и не взаимодействуют друг с другом на расстоянии.
Уравнение идеального газа: p*VM=R*T, где p-давление, VM-молярный объём, T-абсолютная температура, R-универсальная газовая постоянная.

4. Сформулируйте I, II и IIIначала термодинамики.
1)Q=ΔU+A (Q-кол-во теплоты, сообщенное системе, ΔU-изменение внутренней энергии, A-работа, совершенная системой)
2)невозможен вечный двигатель второго рода (совершающий работу только за счет энергии тел, находящихся в состоянии теплового равновесия)
3)энтропия S любой системы стремится к конечному для неё пределу, не.

Учение о тепловых явлениях стало зарождаться в середине XVII века, когда Галилей изобрел термометр (1600 год). Привычный термометр – 1700 год. 1742 – Цельсий (швед).

Долгое время тепловые явления связывали с перетеканием от одного тела к другому гипотетической субстанции – теплорода. С теорией теплорода конкурировала молекулярно-кинетическая теория, она связывала тепловые явления с движением атомов. Последователи: Бэкон, Декарт, Ломоносов и т.д.

До середины XVIII века господствовала теория теплорода. Позже в опытах было доказано, что тепловой жидкости не существует. С 60-х годов XVIII века началась промышленная революция => поняли, что из теплоты можно получить работу.

1824 Карно – Рассмотрел идеальную тепловую машину (отсутствовало трение и теплообмен) – поэтому процессы стали обратимыми.

Рабочее тело – газ в цилиндре под поршнем.

- идеальная тепловая машина.

- реальная тепловая машина.

К середине XIX века доказано, что теплота и работа – это две формы, в которых энергия может переходить от одного тела к другому. Теплота и работа энергия. Все это позволило расширить рамки закона сохранения и превращения энергии.

Количество теплоты, переданное телу, идет на приращение его внутренней энергии U и на совершение системой работ. .

3 начала термодинамики.

· термодинамическая система может совершать работу только за счёт своей внутренней энергии или каких-либо внешних источников энергии

· Второе начало термодинамики гласит, что невозможен самопроизвольный переход тепла от тела, менее нагретого, к телу, более нагретому

Крах механической картины мира
Применение законов механики к описанию движения атомов и молекул в телах привело к определенным успехам.
Была построена молекулярно-кинетическая теория тепловых явлений или, как говорили в те времена, механическая теория тепла.
Однако при построении этой теории выяснилось, что одни только законы механики не в состоянии объяснить своеобразие всей совокупности тепловых процессов. Для этого необходимы дополнительные гипотезы.
С полной очевидностью ограниченность механической картины мира обнаружилась при развитии теории электромагнитных явлений. Выяснилось, что электромагнитное поле, осуществляющее взаимодействие между электрически заряженными частицами, не подчиняется законам механики Ньютона. Оно описывается своими специфическими законами — уравнениями Максвелла для поля.

В XX в. было установлено, что законы механики Ньютона описывают движение атомов и молекул лишь приближенно. Далеко не все тепловые явления можно понять, допуская применимость законов Ньютона для движения микрочастиц. Была построена новая механика движения микрочастиц — квантовая механика.

Тепловые и электромагнитные явления
После изучения классической механики мы перейдем к знакомству с новыми видами явлений, объяснение которых в рамках одной механики невозможно. Вначале будем рассматривать тепловые явления, а затем электрические и магнитные.

§ 1.2. Тепловые явления
Тепловые явления в окружающем нас мире столь же распространены, как и механические. Это самые значительные, самые заметные после механического движения явления. Они, как правило, связаны с нагреванием или охлаждением тел, с изменением их температуры.

Роль тепловых явлений
Привычный облик нашей планеты существует и может существовать только в довольно узком интервале температур. Если бы температура превысила 100 °С, то на Земле не стало бы рек, морей и океанов, не было бы воды вообще. Вся вода превратилась бы в пар. При понижении температуры на несколько десятков градусов моря и океаны превратились бы в громадные ледники.

При смене времен года на средних широтах изменение температуры на 20—30 °С меняет весь облик планеты. С наступлением весны начинается пробуждение природы. Леса одеваются листвой, зеленеют луга. Зимой же жизнь растений замирает. Толстый слой снега покрывает землю.

Еще более узкие интервалы температур необходимы для поддержания жизни теплокровных животных. Температура животных и человека поддерживается внутренними механизмами терморегуляции на строго определенном уровне. Достаточно температуре повыситься на несколько десятых градуса, как мы уже чувствуем себя нездоровыми. Изменение же температуры на несколько градусов ведет к гибели организмов.

Поэтому неудивительно, что тепловые явления привлекали внимание людей с древнейших времен. Умение добывать и поддерживать огонь сделало человека относительно независимым от колебаний температуры окружающей среды. Это было одним из величайших открытий человечества. Роль огня отражена в поэтическом древнегреческом мифе о Прометее. Прометей похитил огонь с Олимпа и передал его людям. За это он был прикован Зевсом к скале и обречен на многолетние мучения.

Свойства тел и температура
Почти все свойства тел зависят от температуры. Так, при нагревании и охлаждении меняются размеры твердых тел и объемы жидкостей. Значительно меняются при нагревании или охлаждении обычные механические свойства тел, например упругость. Кусок резиновой трубки не пострадает, если при комнатной температуре ударить по нему молотком. Но при сильном охлаждении резина становится хрупкой, как стекло, и от легкого удара резиновая трубка разбивается на мелкие кусочки. Лишь после нагревания резина вновь обретает прежние свойства.

Кроме механических свойств, при изменении температуры меняются и другие свойства тел: сопротивление электрическому току, магнитные свойства, оптические и пр. Так, если сильно нагреть постоянный магнит, то он перестанет притягивать железные предметы.

Тепловые процессы и строение вещества
Течение тепловых процессов непосредственно связано со строением вещества, его внутренней структурой. Например, тот факт, что нагревание парафина на несколько десятков градусов делает его жидким, а нагревание железного стержня на столько же градусов заметным образом на него не влияет (он только начинает обжигать пальцы), несомненно связан с тем, что внутреннее строение парафина и железа различно. Поэтому тепловые явления можно использовать для выяснения структуры вещества. И наоборот, определенные представления о строении вещества способны пролить свет на физическую сущность тепловых явлений, дать им глубокое и наглядное истолкование.

Тепловые явления в технике
Очень важно, что открытие законов, которым подчиняются тепловые явления, позволяет с максимальной пользой применять эти явления на практике и в технике. Современные тепловые двигатели, холодильные установки, установки для сжижения газов и многие другие устройства конструируют на основе этих законов.

§ 1.3. Краткий очерк развития представлений о природе тепловых явлений

Несмотря на видимую простоту и очевидность тепловых явлений, для понимания их сути ученым пришлось напряженно работать несколько сотен лет. История создания теории тепловых процессов — пример того, каким сложным и подчас противоречивым путем добываются научные истины.

Воззрения древних
Большинство философов древности были склонны рассматривать огонь и связанную с ним теплоту как одну из стихий, которая наряду с землей, водой и воздухом образует все тела. Одновременно были сделаны попытки связать теплоту с внутренними движениями в телах, так как было замечено, что при соударении тел или трении их друг о друга они нагреваются.

Экспериментальные исследования с применением термометра вновь остро поставили вопрос о том, что же такое теплота. Четко наметились две диаметрально противоположные точки зрения. Согласно так называемой вещественной теории тепла теплоту связывали с особого рода невесомой жидкостью, способной перетекать от одного тела к другому. Эта жидкость была названа теплородом. Чем больше теплорода в теле, тем выше температура тела.

Согласно другой точке зрения, теплота — это вид внутреннего движения частиц, составляющих тела. Чем быстрее движутся частицы, тем выше температура тела. В этой теории тепловые явления связывались с атомистическим учением древних философов о строении вещества. Теория первоначально называлась корпускулярной теорией тепла (от латинского слова corpusculum — частица). Ее придерживались такие выдающиеся ученые, как И. Ньютон, Р. Гук, Р. Бойль, Д. Бернулли и др.

Теория теплорода
Несмотря на привлекательность и глубину корпускулярной теории тепла, к середине XVIII в. временную победу одержала теория теплорода. Это произошло после того, как экспериментально было доказано сохранение количества теплоты при теплообмене. Отсюда был сделан вывод о сохранении (не-уничтожимости) тепловой жидкости — теплорода. На основе вещественной теории теплоты были введены понятия теплоемкости тел, удельных теплот парообразования и плавления, построена количественная теория теплопроводности. Многими терминами, введенными в то время, мы пользуемся и сейчас.

Крах теории теплорода
В конце XVIII в. вещественная теория теплоты начала сталкиваться со все большими и большими трудностями и к середине XIX в. потерпела полное и окончательное поражение.

В середине XIX в. опытным путем была доказана эквивалентность механической работы и количества теплоты, переданной телу. Подобно работе, количество теплоты оказалось мерой изменения энергии. Нагревание или охлаждение тела связано не с увеличением или уменьшением в нем количества особой невесомой жидкости, а с увеличением или уменьшением его энергии.

Принцип сохранения теплорода был заменен более общим и глубоким принципом — законом сохранения энергии.

§ 1.4. Термодинамика и молекулярно-кинетическая теория

Открытие закона сохранения энергии позволило создать во второй половине XIX в. количественную теорию тепловых процессов — термодинамику.

Термодинамика возникла при изучении оптимальных условий использования теплоты для совершения работы задолго до того, как молекулярно-кинетическая теория получила всеобщее признание. (Вещество обладает многими свойствами, которые можно изучать, не углубляясь в строение вещества.) Термодинамика — это теория тепловых явлений, в которой не учитывается молекулярное строение тел. Так как в этой теории не вскрывается сущность тепловых процессов, то термодинамику называют феноменологической (описательной) теорией тепла.

В термодинамике тепловые явления описываются с помощью величин, регистрируемых приборами, не способными реагировать на воздействие отдельных молекул (термометр, манометр и др.). Все законы термодинамики относятся к большим телам, число молекул в которых огромно. Такие тела в физике называют макроскопическими. Энергия макроскопического тела во много раз превышает энергию отдельных молекул. Газ в баллоне, вода в стакане, песчинка, камень, стальной стержень, земной шар (рис. 1.1) — все это примеры макроскопических тел. Наше тело — это тоже макроскопическое тело.

Рис. 1.1
Тепловые процессы связаны с передачей и превращением энергии. Поэтому основные законы термодинамики относятся к поведению энергии. Первым законом термодинамики является закон сохранения энергии, распространенный на тепловые явления.
Во втором законе речь идет о направлении энергетических превращений: утверждается, что теплота не может быть целиком превращена в работу.

Открытие закона сохранения энергии дало мощный импульс развитию корпускулярной теории тепла, получившей название молекулярно-кинетической теории.
В этой теории ставилась задача объяснения всех процессов, происходящих в макроскопических телах, на основе предположения о том, что вещество состоит из атомов и молекул, движение которых подчиняется законам механики Ньютона.

В конце XIX в. по-прежнему не было прямых экспериментальных доказательств реальности атомов и молекул, хотя многие факты можно было легко объяснить, допустив существование атомов. Ученым, развивавшим молекулярно-кинетическую теорию, пришлось вести длительную борьбу со сторонниками так называемого энергетизма.

Приверженцы энергетизма считали единственной посильной задачей науки описание явлений, доступных непосредственному наблюдению. Попытки привлечения в науку таких неосязаемых объектов, как атомы и молекулы, они полагали недопустимыми. По их мнению, не только получить достоверные сведения о свойствах атомов и молекул, но и доказать экспериментально их существование невозможно. Признавая закон сохранения энергии, эти ученые по существу отрывали энергию от ее материальных носителей — движущихся атомов и молекул.

Лишь в начале XX в. борьба с энергетизмом завершилась полной победой сторонников молекулярно-кинетической теории. ^ Была построена последовательная теория поведения больших коллективов атомов и молекул — статистическая механика (современное название молекулярно-кинетической теории). Справедливость этой теории была доказана многочисленными опытами.

Термодинамика и статистическая механика

После создания статистической механики термодинамика не утратила своего значения. Ее общие законы справедливы для всех веществ независимо от их внутреннего строения. С помощью термодинамики сравнительно просто объясняются тепловые явления и выполняются расчеты важных технических устройств, однако при этом многие величины, например теплоемкости, должны быть определены экспериментально.

Статистическая механика позволяет на основе определенных представлений о строении вещества вычислять теплоемкости тел и другие величины, которые термодинамика заимствует непосредственно из опыта. Но количественная теория твердого и особенно жидкого состояния вещества очень сложна, и не всегда необходимые вычисления могут быть выполнены до конца. В ряде случаев простые расчеты, основанные на законах термодинамики, оказываются незаменимыми.

В настоящее время в науке и технике с успехом используются оба метода описания тепловых явлений — термодинамический и статистический. Они взаимно дополняют друг друга. Но статистическая механика — более глубокая теория, в которой полностью вскрывается сущность тепловых явлений. Сами законы термодинамики можно обосновать в рамках статистической механики.

Все они содержат острые дискуссионные вопросы, в ответах на которые отчетливо обозначается авторская позиция

. природой воплощалась в ее всецелом одухотворении. Мир природы в их представлении . развития мира через синтез противоположностей составляют . фундамент, который не может не . «но не исчерпывается никаким конечным . все прошедшие времена безразличны, ибо теперь .

П. П. Гайденко история новоевропейской философии в ее связи с наукой

. , понятия математики. Но наука о природе - физика, механика - это не просто математика; для ее создания необходимо приложение . представлению о могуществе Божием. Мы говорим, что все вещи (т.е. все конечное как таковое) предстают перед судом, и мы .

Итоги тысячелетнего развития история античной эстетики, том VIII, книги I и II

. и вообще все наше представление об истории античной философии в целом. Для нас теперь мало . не мифология, но самая настоящая философия природы, хотя, повторяем, и на первой ступени ее развития. В заключение мы .

Недавно в одной книге я обнаружил великолепную фразу: "Когда вы читаете биографию, помните, что правда никогда не годится для опубликования". Это слова Берна

. довольны мы, радисты, а в особенности механики. Теперь они могли . развития воздухоплавания". Капитал этого акционерного общества составлял . мы, конечно, очень страшно, как старинный пиратский корабль. Но разве не все равно, как мы выглядели? Мы .

Генрих Риккерт науки о природе и науки о культуре

. механика . представления. Но этим, однако, и исчерпывается все . природы. Мы видим теперь . что составляет их естественнонаучную . физика и астрономия. Это, конечно, не . все движение переходит в теплоту и все . ее возникновения и влияющие на ее развитие . фундамент .

Изобретение термометра, опыты Румфорда, Блэка и Рихмана. Суть опытов Дюлонга и Пти, исследования Фурье Сади Карно. Исследования расширения тел при нагревании, вклад Джоуля в развитие представлений о теплоте. Дальнейшее развитие теплофизики и атомистики.

Подобные документы

Развитие учения о теплоте, теория теплорода. Теплота как форма энергии, связь механической работы и количества теплоты. Принцип измерения температуры, устройство термометра. История изобретения и применения ДВС, факторы загрязнения окружающей среды.

презентация, добавлен 05.06.2013

Понятие и условия совершения механической работы. История ее открытия и результаты исследования Джоуля. Принцип сохранения энергии, лежащего в основе термодинамики. Вклад ученого в изучение связи теплоты и механического движения. Эффект Джоуля-Томсона.

презентация, добавлен 18.02.2014

История развития представлений о природе света, развитие оптики. Теория И. Ньютона: корпускулярная теория цвета. Теория Х. Гюйгенса: волновая теория света. Опыты Т. Юнга и последующие открытия. Электромагнитная теория света. Природа света XX века.

реферат, добавлен 15.12.2015

Становление Сади Карно как ученого. Обратимый круговой процесс, состоящий из двух адиабатических и двух изотермических процессов. Механическая работа в тепловых двигателях. Модель теплового двигателя. Изотермическое и адиабатическое расширения.

презентация, добавлен 25.11.2015

Первый и второй законы термодинамики. Работа расширения, P-V диаграмма. Характеристика адиабатного, изохорного и изотермического процессов. Рабочая гипотеза тепловой машины. Классификация циклов, КПД и теплота термодинамического цикла Сади Карно.

презентация, добавлен 09.11.2014

Понятие электромагнитной волны, ее свойства и энергия. Развитие представлений о природе света. Исследования Френелем интерференции и дифракции света. Расчет интерференционной картины от двух когерентных источников. Поляризация и дисперсия световых волн.

учебное пособие, добавлен 19.12.2013

Развитие представлений о природе тепловых явлений. Термодинамическое и статистическое описание свойств макросистем. Основные положения молекулярно-кинетических представлений. Открытие закона сохранения энергии. Процессы, изучаемые молекулярной физикой.

статья, добавлен 11.03.2019

Исследование квантовой теории света. Рассмотрение истории развития представлений о природе света. Изучение квантовых свойств света, фотоэффекта и эффекта Комтона. Изучение законов отражения и преломления света. Рассмотрение явления интерференции.

реферат, добавлен 21.06.2020

Теория теплообмена как учения о процессах переноса теплоты в пространстве. Закон охлаждения Ньютона-Рихмана, цель и задачи исследования. Протекание процессов лучистого теплообмена. Схема экспериментальной установки и специфика погрешности измерений.

курсовая работа, добавлен 04.12.2014

Аналитическое исследование экспериментов Гей-Люссака и Джоуля по расширению газа в пустоту без выполнения работы, в результате которых был сформулирован закон Джоуля для идеального газа. Главная основа метода расчёта механического эквивалента теплоты.

Читайте также: