Кто открыл закон превращения и сохранения энергии – 2. История открытия закона сохранения и превращения энергии. Открытие закона сохранения энергии — Детская игровая комната «Волшебный лес»

Posted on 13.08.202001.01.2020 by alexxlab

Содержание

Как был открыт закон сохранения энергии

Закон сохранения энергии был открыт не физиком, а врачом.

В 1840 году на острове Ява судовой врач немец Роберт Майер вскрыл больному вену и… к своему ужасу обнаружил, что потекла не темная кровь, а алая! Неужели он вместо вены попал в артерию?! Испуг врача объяснялся тем, что алая кровь течет по артериям от сердца — это кровь, наполненная кислородом. А обратно, к сердцу кровь течет по венам. В венозной крови остается мало кислорода, поэтому цвет у нее темно-красный. Кровотечение же из артерии смертельно опасно.

Однако местные врачи успокоили Майера: они объяснили, что здесь, в тропиках, венозная кровь у людей такая же алая, как и артериальная.

«Почему же так происходит? — задумывается Майер. — Может, дело в том, что температура воздуха здесь почти равна температуре человеческого тела… Организму не нужно расходовать силу (в то время энергию еще называли силой!) на поддержание температуры тела, поэтому кислород остается в крови — ведь силу дает именно сгорание кислорода. Но это значит, что сила сохраняется: она только превращается из одного вида в другой, но никогда не исчезает и не появляется из ничего».

Развивая свою идею, Майер изучил все известные ему превращения энергии — кинетической в потенциальную и обратно, механической энергии во внутреннюю и внутренней энергии в механическую, рассмотрел электрическую и химическую энергии.

Независимо от Майера, но несколькими годами позже закон сохранения энергии был открыт английским физиком Джеймсом Джоулем и немецким естествоиспытателем Германом Гельмгольцем.

Все эти ученые были очень молоды, когда они совершили свое великое открытие: Майеру было 28 лет, Джоулю — 25, а Гельмгольцу — 26.

Задолго до открытий Майера, Джоуля и Гельмгольца очень близко к открытию закона сохранения энергии подошел выдающийся российский ученый Михаил Васильевич Ломоносов. Но, к сожалению, труды Ломоносова долгое время оставались неизвестными для европейских ученых.

Идея о взаимопревращении механической и внутренней энергии была высказана, также до открытий Майера, Джоуля и Гельмгольца, физиком и инженером Томпсоном, получившим известность как граф Румфорд.

fizikaklass.ru

2. История открытия закона сохранения и превращения энергии. Открытие закона сохранения энергии

2.9. ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ

В связи с открытием фундаментального физического явления — электромагнитной индукции, на основе которого получили развитие многие ветви современной электротехники, уместно рассмотреть здесь историю другого, еще более значительного открытия — закона сохранения и превращения энергии [1.1; 1.6].

Ученые и практики всех времен обращались к исследованиям различных энергетических процессов и предпринимали попытки обобщений, в которых содержались элементы формулировки закона сохранения и превращения энергии. Если обратиться к истории открытия закона, то термин «энергия» появился лишь на последнем этапе истории великого закона. Кроме того, необходимо учесть, что основные достижения физики, химии и биологии, позволившие сделать действительное обобщение, стали известны только с начала XIX в.

Еще мыслители древности (Демокрит, Эпикур) утверждали вечность и неуничтожимость материи и движения. Повседневная практическая деятельность требовала познаний законов движения, прежде всего единственно известного — механического. И поэтому не случайно, что закон сохранения энергии начинал выкристаллизовываться в рамках механики. В 1633 г. в «Трактате о свете» идея сохранения движения была сформулирована известным французским ученым Рене Декартом (1596–1650 гг.): «Когда одно тело сталкивается с другим, оно может сообщить ему лишь столько движения, сколько само одновременно теряет, а отнять от него лишь столько, на сколько увеличит собственное движение». Эта идея получила дальнейшее развитие у немецкого ученого Готфрида Вильгельма Лейбница (1646–1716 гг.) в его законе сохранения живых сил.

После классических работ Исаака Ньютона (1643–1727 гг.) и Готфрида Лейбница принцип сохранения движения получил четкую формулировку в трудах М.В. Ломоносова, который решился объединить два принципа сохранения: движения и материи. Именно М.В. Ломоносову принадлежит открытие закона сохранения вещества, которое затем совершенно независимо от него повторил французский ученый Антуан Лоран Лавуазье (1743–1794 гг.). В 1744 г. М.В. Ломоносов написал ставшие знаменитыми слова «Все перемены в натуре случающиеся такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимается, столько присовокупится к другому, так ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте… сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения, ибо тело, движущее своею силою другое, столько же оной у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает».

Так в середине XVIII столетия М.В. Ломоносовым был четко сформулирован закон сохранения массы и движения как всеобщий закон природы [1.10]. Более того, первая часть его выражения («все перемены в натуре случающиеся …») сформулирована так широко, что если бы эти слова были написаны 100 лет спустя, когда стали известны другие «перемены в натуре» — многочисленные взаимные преобразования энергии (электрической, тепловой, химической, механической), то другие формулировки закона сохранения и превращения энергии и сохранения материи были бы излишни. Но, к сожалению, и эпоха была еще не та, и научные труды М.В. Ломоносова почти 150 лет оставались неизвестными.

Чтобы можно было осмыслить качественные превращения энергии из одной ее формы в другую, должны были сложиться необходимые и достаточные научно-технические предпосылки. Важнейшими среди этих предпосылок явились развитие учения о теплоте и теплотехническая практика. Известно, какую роль в развитии человека на заре его истории сыграл огонь. В процессе трудовой деятельности человек научился добывать огонь трением. В получении огня трением уже проявлялось качественное преобразование механической энергии в тепловую.

Установлению взаимосвязей между механической и тепловой энергией длительное время объективно препятствовала теория теплорода. Считалось, что теплород выдавливается из вещества при его сжатии, например, при сжатии газа, как сок из апельсина. Гениальные мысли М.В. Ломоносова о молекулярном движении как источнике теплоты, о кинетической природе теплоты в более широком смысле оставались вне поля зрения широкой научной общественности. Наиболее ощутимый удар по теории теплорода уже в эпоху паровых машин (1798 г.) нанесли опыты американца Бенджамина Томпсона (1753–1814 гг.), более известного в Европе под титулом графа Румфорда. При сверлении орудийных стволов в г. Мюнхене Румфорд наблюдал выделение теплоты, что, впрочем, было всем известно. Однако Румфорд сумел показать, что при этом может выделиться практически неограниченное количество теплоты. В своих опытах он принимал меры к изоляции сверла и ствола с тем, чтобы исключить поступление теплорода, этой «субстанции теплоты», откуда-либо извне.

Но еще примерно 30 лет после опытов Румфорда теория теплорода, подправляемая и уточняемая, продолжала занимать господствующее положение в объяснениях причины возникновения теплоты. Существенно важной для понимания факта превращения одного вида движения (например, механического) в другой (например, тепловое) была мысль об эквиваленте, в частности о механическом эквиваленте теплоты.

Драматизм истории открытия закона сохранения и превращения энергии состоял в том, что практически до момента полного признания этого закона почти каждое предшествующее открытие, подтверждающее его справедливость, либо не публиковалось, либо на него не обращали должного внимания, либо оно просто встречалось в штыки официальной наукой.

Соответствующие труды М.В. Ломоносова до 1904 г. находились в забвении, а будучи в свое время опубликованными в России, не проникли в лаборатории Запада. Румфорд, поколебав устои теории теплорода, не смог ее низвергнуть, не найдя доказательств эквивалентности превращения механического движения в теплоту. Двадцативосьмилетний талантливый французский инженер Сади Карно (1796–1832 гг.) [1.1] опубликовал в 1824 г. замечательную работу «Размышление о движущей силы огня и о машинах, способных развивать эту силу», в которой изложил то, что впоследствии стали называть вторым началом термодинамики, или «принципом Карно». Но более поздние исследования, в которых С. Карно отказался от теории теплорода и определил впервые механический эквивалент теплоты, своевременно не были опубликованы, и рукописи его стали известны лишь в 1878 г.

В приложении к своей единственной книге С. Карно писал: «Тепло — это не что иное, как движущая сила, или, вернее, движение, изменившее свой вид. Это движение частиц тел. Повсюду, где происходит уничтожение движущей силы, возникает одновременно теплота в количестве, точно пропорциональном количеству исчезнувшей движущей силы. Обратно, всегда при исчезновении теплоты возникает движущая сила». По измерениям С. Карно механический эквивалент теплоты составил 370 кг?м (напомним, что это значение составляет 427 кг?м, или 4186 Дж).

Теоретические исследования С. Карно отвечали на конкретный вопрос, поставленный развивающейся промышленностью, как сделать тепловой двигатель более экономичным. С. Карно исходил из убеждения о невозможности осуществления вечного двигателя. Но и на его работы современники не обратили того внимания, которого эти работы заслуживали.

Исследования химических, тепловых и механических действий электрического тока, открытие явления электромагнитной индукции в первые 40 лет XIX в. послужили второй важной предпосылкой к открытию закона сохранения и превращения энергии.

В 1836 г. М. Фарадей сформулировал два закона электролиза, которыми установил связи между количеством электричества и химическими свойствами вещества.

Великий английский физик совершенно определенно подчеркивал необходимость установления эквивалентов между различными видами энергии, или, по терминологии того времени, между различными силами. Он писал: «Мы имеем много процессов, при которых внешняя форма силы может претерпевать такие изменения, что происходит явное превращение ее в другую. Так, мы можем превратить химическую силу в электрический ток, а электрический ток в химическую силу. Прекрасные опыты Т. Зеебека и Ж. Пельте показывают взаимную связь теплоты и электричества, а Г. Эрстеда и мои собственные показывают превращаемость электричества и магнетизма. Но ни в одном случае, даже с электрическим угрем и скатом, нет производства силы без соответствующего израсходования чего-либо, что питает ее». В своем дневнике в 1837 г. М. Фарадей записал: «Нужно сравнить количество материальных сил (т.е. сил электричества, тяготения, химического сродства, сцепления и т.д.), где возможно дать выражение для их эквивалентов в той или иной форме».

Важную роль в открытии закона сохранения и превращения энергии сыграли труды Э.Х. Ленца и, в частности, открытие им закона о направлении индуцированного тока и принципа обратимости электрических машин [1.1; 1.6; 2.9; 2.10]. Важной предпосылкой к открытию закона сохранения и превращения энергии явились успехи биологии. Развеивался миф об особой «жизненной силе» в организмах человека и животных. Была установлена прямая связь между количеством потребляемой пищи и способностью производить работу.

40-е годы XIX столетия — время широких обобщений. Решающую роль в установлении закона сохранения и превращения энергии история отводит немецким ученым Роберту Майеру (1814–1878 гг.) и Герману Гельмгольцу, а также английскому физику Джеймсу Джоулю (1818–1889 гг.) [1.1; 1.6].

Р. Майер был судовым врачом на голландском корабле, когда в 1840 г. «внезапно» ему пришла в голову мысль о законе сохранения и превращения энергии. Слово «внезапно» взято в кавычки недаром: о внезапном озарении писал впоследствии Р. Майер, но может ли быть внезапным открытие, предпосылки которого были хорошо известны выпускнику Тюбингенского университета? Внезапным был для Р. Майера исходный толчок: он обратил внимание на то, что было хорошо известно врачам, работающим постоянно в тропических широтах. Во время стоянки корабля на Яве заболел матрос, и Р. Майер, как тогда было принято, «пустил ему кровь», вскрыв вену. Каково же было его удивление, когда он увидел, что венозная кровь была не столь темной, как в умеренных широтах. Р. Майер понял, что при высокой средней температуре воздуха для поддержания жизнедеятельности и необходимой температуры организма требуется меньше питательных веществ и меньшее «сгорание» последних. Сопоставление многочисленных научных фактов из области химии, физики и биологии привело его к тому, что мысли, согласно выражению Р. Майера, пронзившие его, подобно молнии, навели на вывод о существовании всеобщего закона природы [2.11].

В 1841 г. Р. Майер написал статью «О количественном и качественном определении сил», но редактор известного в Европе физического журнала не счел нужным ее напечатать. Рукопись статьи была обнаружена в архивах редакции и опубликована лишь в 1881 г., т.е. 40 лет спустя. Следующая статья «Замечания о силах неживой природы» была опубликована в 1842 г. В этой работе Р. Майер много внимания уделяет взаимопревращениям механической работы и теплоты, не зная о соответствующем исследовании С. Карно, определяет механический эквивалент теплоты (по его данным, он равен 365 кг?м/ккал), говорит о «неразрушимости» сил и формулирует свой принцип. Здесь же Р. Майер впервые в истории науки вкладывает в понятие «сила» смысл «энергия», не произнося еще этого слова (впрочем, слово было произнесено раньше; этим словом английский физик Томас Юнг (1773–1829 гг.) обозначил величину, пропорциональную массе и квадрату скорости движущегося тела).

Идеи Р. Майера носили столь общий и универсальный характер, что они сначала не были восприняты современниками. Его жизнь превратилась в непрерывную борьбу за утверждение своего принципа.

Классические измерения механического эквивалента теплоты провел в 1841–1843 гг. (опубликовано в 1843 г.) Д. Джоуль. По его данным, этот эквивалент составлял 460 кг?м/ккал. Д. Джоуль также установил независимо от Э. Ленца связь между электрическим током и выделяемой теплотой (закон Джоуля — Ленца). Интересно отметить, что работу Д. Джоуля Британское общество (так называется Британская академия наук) отказалось опубликовать в полном объеме, требуя от него все новых экспериментальных уточнений.

Наконец, Г. Гельмгольц в 1847 г. в работе «О сохранении силы» дал в наиболее общем виде закон сохранения, показав, что сумма потенциальной и кинетической энергии остается постоянной. Г. Гельмгольц вывел выражение электродвижущей силы индукции исходя из закона сохранения энергии. Там же впервые дана математическая трактовка закона. Завершением длительного пути, пройденного наукой до точной формулировки закона сохранения энергии, можно считать доклад У. Томсона «О динамической теории тепла» (1851 г.).

У. Томсон в 1860 г. ввел в науку термин «энергия» в современном его смысле. К такому же толкованию термина «энергия» пришел в 1853 г. известный шотландский физик Уильям Джон Макуорн Ренкин (Ранкин) (1820–1872 гг.) — один из создателей технической термодинамики.

Изложение истории открытия закона уместно закончить словами выдающегося английского физика и общественного деятеля Джона Димонда Бернала (1901–1971 гг.), написанными 100 лет спустя: «Закон сохранения энергии … был величайшим физическим открытием середины XIX в. Он объединил много наук и находился в исключительной гармонии с тенденциями времени. Энергия стала универсальной валютой физики — так сказать золотым стандартом изменений, происходивших во вселенной…. Вся человеческая деятельность в целом — промышленность, транспорт, освещение и, в конечном счете, питание и сама жизнь — рассматривалась с точки зрения зависимости от этого одного общего термина — энергия» [2.12].

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

tech.wikireading.ru

История открытия закона сохранения и превращения энергии

Веселовский О. Н. В., Шнейберг Я. А.

Ученые и практики всех времен обращались к исследованиям различных энергетических процессов и предпринимали попытки обобщений в которых содержались элементы формулировки закона сохранения и превращения энергии. Если обратиться к истории открытия закона, то термин «энергия» появился лишь на последнем этапе истории великого закона. Кроме того, необходимо учесть, что основные достижения физики, химии и биологии, позволившие сделать действительное обобщение, становятся известными только с начала XIX в.

Еще мыслители древности (Демокрит, Эпикур) утверждали вечность и неуничтожимость материи и движения. Это было весьма типичным при умозрительном характере науки: ученые, которых можно отнести к числу стихийных материалистов, формулировали на основе логических построений такие принципы и давали обобщения, которые с позиций нынешней науки могут быть оценены как гениальное предвидение. Так в древности зарождались основы не только материалистической, но и диалектической философии.

Повседневная практическая деятельность требовала познаний законов движения, прежде всего единственно известного — механического. И поэтому не случайно, что закон сохранения энергии начинал выкристаллизовываться в рамках механики. В 1633 г. «Трактате о свете» идея сохранения движения была сформулирована Декартом следующим образом: «Когда одно тело сталкивается с другим, оно может сообщить ему лишь столько движения, сколько само одновременно теряет, а отнять от него лишь столько, на сколько увеличит собственное движение». В таком виде совершенно четко отмечается количественное постоянство движенья, причем никакое другое движение, кроме механического Декарт не рассматривал. Эта идея получила дальнейшее развитие у Лейбница в его законе сохранения живых сил.

После классических работ И. Ньютона и Г. В. Лейбница принцип сохранения движения получил четкую формулировку в трудах М. В. Ломоносова, который решился объединить два принципа сохранения: движения и материи. Именно М. В. Ломоносову принадлежит открытие закона сохранения вещества, повторенное затем совершенно независимо от него А. Л. Лавуазье. В 1744 г. М. В. Ломоносов написал ставшие знаменитыми слова «Все перемены в натуре случающиеся, такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимается, столько присовокупится к другому, так ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте… сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения, ибо тело, движущее своею силою другое, столько же оной у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает».

Так в середине XVIII столетия М.В. Ломоносовым был четко сформулирован закон сохранения массы и движения как всеобщий закон природы. Более того, первая часть его выражения («все перемены в натуре случающиеся…») сформулирована так широко, что если бы эти слова были написаны сто лет спустя, когда стали известны другие «перемены в натуре» — многочисленные взаимные преобразования энергии (электрической, тепловой, химической, механической), то другие формулировки закона сохранения к превращения энергии и сохранения материи были бы излишни. Но, к сожалению, и эпоха была еще не та, и научные труды М. В. Ломоносова почти полтора столетия оставались неизвестными.

Ф. Энгельс в статье «Мера движения — работа» подчеркивал, что главное в законе — не количественное сохранение, а превращение энергии, являющееся качественной частью закона. Чтобы осмыслить качественные превращения энергии из одной ее формы в другую, должны были стожиться необходимые и достаточные научно-технические предпосылки. Важнейшим среди этих предпосылок явилось развитие учения о теплоте и теплотехническая практика. Известно, какую роль в развитии человека на заре его истории сыграл огонь. Сначала огонь научились сохранять и использовать для приготовления (улучшения) пищи и согревания. В процессе трудовой деятельности человек научился добывать огонь трением. Однако это первый факт, который следует отнести к области теплоэнергетики, практически не мог привести к мысли о превращении одного вида энергии (механической) в другой (тепловую). Вместе с тем получение огня трением для обобщений XIX в. было гораздо более важным фактом по сравнению с многовековым производственным опытом механической энергетики (ветроэнергетики и ранней гидроэнергетики), поскольку в первом случае было налицо качественное преобразование формы энергии (о чем еще не подозревали), а во втором — только преобразование вида механического движения (что было очевидным).

Установлению взаимосвязей между механической и тепловой энергией длительное время объективно препятствовала теория теплорода, хотя эта теория представляла собой первоначально значительный прогресс в развитии научной мысли. Считалось, что теплород выдавливается из вещества при его сжатии, например, при сжатии газа, как сок из апельсина. Гениальные мысли М. В. Ломоносова о молекулярном движении как источнике тепла, о кинетической природе тепла в более широком смысле оставались вне поля зрения широкой научной общественности. Наиболее ощутимый удар по теории теплорода уже в эпоху паровых машин (1798 г.) нанесли опыты американца Бенджамина Томпсона, более известного в Европе под титулом графа Румфорда. При сверлении орудийных стволов в Мюнхене Румфорд наблюдал выделение тепла, что, впрочем, было всем известно. Однако Румфорд сумел показать, что при этом может выделиться практически неограниченное количество тепла. В своих опытах он принимал меры к изоляции сверла и ствола с тем, чтобы исключить поступление теплорода, этой «субстанции теплоты», откуда-либо извне.

Но еще примерно 30 лет после опытов Румфорда теория теплорода, подправляемая и «уточняемая», продолжала занимать господствующее положение в объяснениях причины возникновения теплоты. Существенно важной хотя понимания факта превращения одного вида движения (например, механического) в другой (например, тепловое) была мысль об эквиваленте, в частности о механическом эквиваленте тепла.

Драматизм истории открытия закона сохранения и превращения энергии состоял в том, что практически до момента полного признания этого закона почти, каждое предшествующее открытие, подтверждающее его справедливость, либо не публиковалось, либо на него не обращали должного внимания, либо оно просто встречалось в штыки официальной наукой:

Соответствующие труды М. В. Ломоносова до 1904 г. находились в забвении, а будучи в свое время опубликованными в России, не проникли в лаборатории Запада. Румфорд, поколебав устои теории теплорода, не смог ее низвергнуть, не найдя доказательств эквивалентности превращения механического движения в теплоту. Двадцативосьмилетний французский инженер Сади Карно опубликовал в 1824 г. замечательную работу «Размышление о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу», в которой изложил то, что впоследствии стали называть вторым началом термодинамики или «принципом Карно». Но более поздние исследования, в которых Карно отказался от теории теплорода и определил впервые механический эквивалент тепла, своевременно не были опубликованы, и рукописи его стали известны лишь в 1878 г.

В приложении к своей единственной книге Карно писал: «Тепло — это не что иное, как движущая сила, или, вернее, движение, изменившее свой вид. Это движение частиц тел. Повсюду, где происходит уничтожение движущей силы, возникает одновременно теплота в количестве, точно пропорциональном количеству исчезнувшей движущей силы. Обратно, всегда при исчезновении теплоты возникает движущая сила.

Таким образом, можно высказать общее положение: движущая сила существует в природе в неизменном количестве; она, собственно говоря, никогда не создается, никогда не уничтожается; в действительности она меняет форму, то есть вызывает то один род движения, то другой, но никогда не исчезает».

По измерениям Карно механический эквивалент теплоты составил 370 кгм на одну килокалорию (напомним, что эта величина составляет 427 кгм, или 4186 Дж).

Сади Карно был сыном своего века. Его теоретические исследования отвечали на конкретный вопрос, поставленный развивавшейся промышленностью, как сделать тепловой двигатель более экономичным.

Заслуживает внимание и то, что, разрабатывая основы термодинамики, Карно исходил из невозможности осуществления вечного двигателя. Но и на его работы современники не обратили того внимания, которого они заслуживали. Понадобилось почти два десятилетия, чтобы стало возможным утверждение закона.

Исследования химических, тепловых и механических действий электрического тока в первые 40 лет XIX в. послужили второй важной предпосылкой к открытию закона сохранения и превращения энергии.

В 1799 г. был построен первый электрохимический источник, электрической энергии — «вольтов столб» и осуществлен электролиз воды. Было показано, что химическая реакция может быть источником электричества, а электричество в свою очередь, может вызвать химические превращения. Так возникали основы новой науки — электрохимии.

Первые же эксперименты с электрическим током позволили обнаружить нагрев проводника (Л. Тенар, В. В. Петров, X. Дэви и др.), но недостаточная точность измерений не позволила найти точные количественные связи. В 1821 г. было открыто явление термоэлектричества (Т. И. Зеебек), а спустя 13 лет — обратное ему явление Ж. Пельтье.

Выдающуюся роль в развитии электромагнетизма и в формировании современных физических взглядов сыграл М. Фарадей. Еще в опытах Эрстеда (1820 г.) демонстрировалось механическое воздействие электрического тока на магнитную стрелку, но Фарадей в 1821 г. осуществил непрерывное движение проводника с током вокруг магнита (и наоборот), что явилось прообразом электродвигателя. В 1831 г. он открыл явление электромагнитной индукции. Им же было показано, что механическое движение проводника в магнитном поле вызывает появление электродвижущей силы (принцип электромашинного генератора). В 1836 г. Фарадей сформулировал два закона электролиза, которыми установил связи между количеством электричества и химическими свойствами вещества.

Великий английский физик совершенно определенно подчеркивал необходимость установления эквивалентов между различными видами энергии или, по терминологии того времени, между различными силами. Он писал: «Мы имеем много процессов, при которых внешняя форма силы может претерпевать такие изменения, что происходит явное превращение ее в другую. Так, мы можем превратить химическую силу в электрический ток, а электрический ток в химическую силу. Прекрасные опыты Зеебека и Пельтье показывают взаимную связь теплоты и электричества, а Эрстеда и мои собственные показывают превращаемость электричества и магнетизма. Но ни в одном случае, даже с электрическим угрем и скатом, нет производства силы без соответствующего израсходования чего-либо, что питает ее». В своем дневнике в 1837 г. Фарадей записал: «Нужно сравнить количество материальных сил (т.е. сил электричества, тяготения, химического сродства, сцепления и т.д.), где возможно дать выражение для их эквивалентов в той или иной форме».

Следует упомянуть и третью важную предпосылку к открытию закона сохранения и превращения энергии — успехи биологии. Среди энциклопедических исследований М. В. Ломоносова можно найти догадку о том, что растения питаются одной из составных частей воздуха. Через 30 лет, в 1783 г., этот факт научно обосновал швейцарский ботаник Сенебье. Постепенно формировались представления о переработке в растениях неорганических элементов в органические. Развеивался миф об особой «жизненной силе» в организмах человека и животных. Была установлена прямая связь между количеством потребляемой пиши и способностью производить работу.

Наступило время широких обобщений — 40-е годы прошлого столетия. Самое главное, что предстояло сделать, — это осмыслить тот факт, что, кроме вещества, которое, изменяясь качественно, сохраняет свое количество, в природе существует еще нечто иное, связанное с движением материальных частиц и тел, что тоже подчиняется своему закону сохранения и меняет свою форму.

Решающую роль в установлении закона сохранения и превращения энергии история отводит Роберту Манеру, Джеймсу Джоулю и Герману Гельмгольцу.

Роберт Майер был судовым врачом на голландском корабле, когда в 1840 г. «внезапно» ему пришла в голову мысль о законе сохранения и превращения энергии. Слово «внезапно» взято в кавычки недаром: о внезапном озарении писал впоследствии Май-ер, но может ли быть внезапным открытие, предпосылки которого были хорошо известны выпускнику Тюбингенского университета? Внезапным был для Майера исходный толчок: он обратил внимание на то, что было хорошо известно врачам, работающим постоянно в тропических широтах. Во время стоянки корабля на Яве заболел матрос, и Майер, как тогда было принято, «пустил ему кровь», вскрыв вену. Каково же было его удивление, когда он увидел, что венозная кровь была не стать темной, как в умеренных широтах. Майер понял, что при высокой средней температуре воздуха для поддержания жизнедеятельности и необходимой температуры организма требуется меньше питательных веществ и меньшее «сгорание» последних. Сопоставление многочисленных научных фактов из области химии, физики и биологии привело его к тому, что мысли, согласно выражению Майера, пронзившие его, подоено молнии, навели на вывод о существовании всеобщего закона природы.

В 1841 г, вернувшись на родину, в Гейльбронн, Майер написал статью «О количественном и качественном определении сил» и направил ее редактору известного тогда журнала «Аnnа еn dег Рhуsik». Редактор не счел нужным ее напечатать и даже не ответил автору. Рукопись статьи была обнаружена в архивах редакции и опубликована лишь в 1881 г., т.е. 40 лет спустя. Следующая статья «Замечания о силах неживой природы» была опубликована в 1842 г. В этой работе Майер много внимания уделяет взаимопревращениям механической работы и теплоты, не зная о соответствующем исследовании Карно, определяет механический эквивалент теплоты (по его данным он равен 365 кгм/ккал), говорит о «неразрушимости» сил и формулирует свой принцип. Здесь же Майер впервые в истории науки вкладывает в понятие «сила» смысл «энергия», не произнося еще этого слова (впрочем, слово было произнесено раньше; этим словом английский физик Томас Юнг обозначил величину, пропорциональную массе и квадрату скорости движущегося тела).

Идеи Майера носили столь общий и универсальный характер, что они сначала не были восприняты современниками. Его жизнь превратилась в непрерывную борьбу за утверждение своего принципа. Противники выискивали в работах Майера малейшие неточности и неудачные формулировки, подвергали сомнению все его научные результаты в целом.

Классические измерения механического эквивалента теплоты провел в 1841-1843 гг. (опубликовано в 1843 г.) английский физик, в прошлом манчестерский пивовар, Джеймс Джоуль. По его 24 энным, этот эквивалент составлял 460 кгм/ккал. Джоуль также становил независимо от Ленца связь между электрическим током выделяемым теплом (закон Джоуля—Ленца). Интересно отметить, что и работу Джоуля Британское королевское общество отказалось опубликовать в полном объеме, требуя от него все новых экспериментальных уточнений.

Наконец, немецкий ученый Герман Гельмгольц в 1847 г. в работе «О сохранении силы» дал в наиболее общем виде закон сохранения, показав, что сумма потенциальной и кинетической энергий остается постоянной. Большое значение имело приведенное в этой же работе доказательство того, что процессы в живых организмах тоже подчиняются закону сохранения энергии. Здесь же впервые дана математическая трактовка закона.

Завершением длительного пути, пройденного наукой до точной формулировки закона сохранения энергии, можно считать оклад Уильяма Томсона (впоследствии лорда Кельвина) «О динамической теории тепла» (1851 г.). Томсон в 1860 г. ввел в науку термин «энергия» в современном его смысле. К такому же толкованию термина «энергия» пришел в 1853 г. известный ютландский физик У. Д. Ренкин — один из создателей технической термодинамики.

Изложение истории открытия закона уместно закончить словами выдающегося английского физика и общественного деятеля Джона Бернала, написанными 100 лет спустя: «Закон сохранения энергии… был величайшим физическим открытием середины (IX в. Он объединил много наук и находился в исключительной гармонии с тенденциями времени. Энергия стала универсальной валютой физики — так сказать, золотым стандартом изменений, происходивших во вселенной. То, что было установлено, предоставляло собой твердый валютный курс для обмена между валютами различных видов энергии: между калориями теплоты, килограммометрами работы и киловатт-часами электричества, вся человеческая деятельность в целом — промышленность, транспорт, освещение и, в конечном счете, питание и сама жизнь — рассматривалась с точки зрения зависимости от этого одного общего термина — энергия»

Этим законом было дано научное подтверждение материалистической идеи о неуничтожим ости движения. Только опираясь на диалектический материализм, можно было раскрыть всю глубину содержания закона сохранения энергии. Эта задача была выполнена Энгельсом, который впервые дал всесторонний научный анализ закона сохранения и превращения энергии, показав, что главное положительное в этом законе — качественное превращение форм движения материи. Само название («закон сохранения превращения энергии») было введено в научное обращение Энгельсом.

Список литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://locus.ru

Дата добавления: 31.03.2013

www.km.ru

СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ ЗАКОН — это… Что такое СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ ЗАКОН?

СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ ЗАКОН

в изолир. системе энергия системы остается постоянной, возможны лишь переходы одного вида энергии в другой. В термодинамике С. э. з. соответствует первое начало термодинамики, к-рое выражается ур-нием Q = DU + W, где Q- кол-во сообщенной системе теплоты, DU-изменение внутр. энергии системы, W — совершенная системой работа. Частный случай С. э. з. -Гесса закон.

Понятие энергии подверглось пересмотру в связи с появлением теории относительности (А. Эйнштейн, 1905): полная энергия Eпропорциональна массе ти связана с ней соотношением Е = тс ²,> где с-скорость света. Поэтому массу можно выражать в единицах энергии и сформулировать более общий закон сохранения массы и энергии: в изо-лир. системе сумма масс и энергии постоянна и возможны лишь превращения в строго эквивалентных соотношениях одних форм энергии в другие и эквивалентно связанные друг с другом изменения массы и энергии.

Закон сохранения мех. энергии впервые сформулировал Г. Лейбниц в 1686, затем Ю. Майер в 1841, Дж. Джоуль в 1843 и Г. Гельмгольц в 1847 экспериментально открыли С. э. з. в немеханических явлениях.

Лит.: Карапетьянц М.X., Химическая термодинамика, М., 1976.

С. И. Дракин.

Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. Под ред. И. Л. Кнунянца. 1988.

СОХРАНЕНИЯ МАССЫ ЗАКОН
СПАЗМОЛИТИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА

Смотреть что такое «СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ ЗАКОН» в других словарях:

СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ ЗАКОН — фундамент, закон природы, согласно к рому энергия сохраняется в изолир. системе; она может только переходить из одной формы в другую, но её кол во остаётся постоянным. С. э. з. является строгим законом природы, справедливым для всех известных… … Естествознание. Энциклопедический словарь
СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ ЗАКОН — см. Сохранения принципы. Философская Энциклопедия. В 5 х т. М.: Советская энциклопедия. Под редакцией Ф. В. Константинова. 1960 1970 … Философская энциклопедия
ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ (ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ) — общий закон природы, согласно которому (см.) любой (см.) при всех процессах, происходящих в системе, остаётся постоянной (сохраняется). При этом энергия не может исчезать бесследно или возникать из ничего, она может только превращаться из одной… … Большая политехническая энциклопедия
СОХРАНЕНИЯ МАССЫ ЗАКОН — общая масса веществ, вступающих в химическую реакцию, равна общей массе продуктов реакции. Открытый М. В. Ломоносовым (1748), в общем виде сформулирован А. Лавуазье (1789). Современная формулировка закона сохранения массы: сумма массы вещества… … Большой Энциклопедический словарь
сохранения массы закон — общая масса веществ, вступающих в химическую реакцию, равна общей массе продуктов реакции. Открытый М. В. Ломоносовым (1748), в общем виде сформулирован А. Лавуазье (1789). Современная формулировка закона сохранения массы: сумма массы вещества… … Энциклопедический словарь
СОХРАНЕНИЯ МАССЫ ЗАКОН — общая масса в в, вступивших в хим. р цию, равна общей массе продуктов р ции. При этом под массой понимали величину, характеризующую кол во материи. В нач. 20 в. формулировка С. м. з. подверглась пересмотру в связи с появлением теории… … Химическая энциклопедия
СОХРАНЕНИЯ МАССЫ ЗАКОН — общая масса в в, вступающих в хим. реакцию, равна общей массе продуктов реакции. Открытый М. В. Ломоносовым (1748), в общем виде сформулирован А. Лавуазье (1789). Совр. формулировка С. м. з.: сумма массы в ва системы и массы, эквивалентной… … Естествознание. Энциклопедический словарь
Закон сохранения энергии — Закон сохранения энергии фундаментальный закон природы, установленный эмпирически и заключающийся в том, что для изолированной физической системы может быть введена скалярная физическая величина, являющаяся функцией параметров системы и… … Википедия
ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ И МАТЕРИИ — ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ И МАТЕРИИ, два тесно связанных между собой н очень близких по содержанию закона, лежащих в основании всего точного естествознания. Эти законы имеют чисто количественный характер и являются законами экспериментальными.… … Большая медицинская энциклопедия
ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ — первый закон термодинамики, в формулировке его первооткрывателей Н. Майера и Г. Гельмгольца гласящий, что при всех изменениях, происходящих в изолированной системе, общая энергия системы остается постоянной. Другая формулировка: при всех… … Экологический словарь

dic.academic.ru