Экспериментальное исследование источника тепла, возникающего при трении.
An Experimental Enquiry Concerning the Source of the Heat which is Excited by Friction
Экспериментальное исследование источника тепла от трения Бенджамина Румфорда (1798). Критика теории теплорода, начало термодинамики. Научная революция.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
"Экспериментальное исследование источника тепла, возникающего при трении" – научная работа Бенджамина Томпсона, графа Рамфорда, опубликованная в "Философских известиях Королевского общества" в 1798 году. Эта работа стала существенным вызовом общепринятым теориям тепла и положила начало революции в термодинамике в XIX веке.
"An Experimental Enquiry Concerning the Source of the Heat which is Excited by Friction" is a scientific paper by Benjamin Thompson, Count Rumford, which was published in the Philosophical Transactions of the Royal Society in 1798. The paper provided a substantial challenge to established theories of heat, and began the 19th century revolution in thermodynamics.
Предыстория
Рамфорд был противником калорийной теории тепла, согласно которой тепло представляло собой флюид, который нельзя ни создать, ни уничтожить. Он также развил идею об абсолютной непроводности тепла всеми газами и жидкостями. Его взгляды расходились с общепринятой наукой того времени, а последняя теория особенно подверглась критике со стороны Джона Далтона и Джона Лесли. На Рамфорда оказал сильное влияние аргумент о целесообразности, и, вероятно, он стремился придать воде особый и предназначенный свыше статус в регулировании человеческой жизни. Хотя Рамфорд впоследствии стал связывать тепло с движением, нет доказательств того, что он придерживался кинетической теории или принципа вива. В своей работе 1798 года Рамфорд признал, что у него были предшественники в понимании тепла как формы движения. Среди них были Фрэнсис Бэкон, Роберт Бойль, Роберт Гук, Джон Локк и Генри Кавендиш.
Rumford was an opponent of the caloric theory of heat which held that heat is a fluid that could be neither created nor destroyed. He had further developed the view that all gases and liquids are absolute non conductors of heat. His views were out of step with the accepted science of the time and the latter theory had particularly been attacked by John Dalton and John Leslie. Rumford was heavily influenced by the argument from design and it is likely that he wished to grant water a privileged and providential status in the regulation of human life. Though Rumford was to come to associate heat with motion, there is no evidence that he was committed to the kinetic theory or the principle of vis viva. In his 1798 paper, Rumford acknowledged that he had predecessors in the notion that heat was a form of motion. Those predecessors included Francis Bacon, Robert Boyle, Robert Hooke, John Locke, and Henry Cavendish.
Эксперименты
Рэмфорд наблюдал тепло, выделяемое трением при растачивании пушечных стволов на арсенале в Мюнхене. В то время пушки отливались на литейном заводе с дополнительным участком металла перед будущим дулом, который затем удалялся и выбрасывался в процессе производства. Рэмфорд взял недоделанную пушку и модифицировал этот участок, чтобы его можно было поместить в герметичный ящик, пока на него воздействовал затупленный расточной инструмент. Он показал, что воду в этом ящике можно довести до кипения примерно за два с половиной часа, и что источник тепла трения казался неисчерпаемым. Рэмфорд подтвердил, что никаких физических изменений в материале пушки не произошло, сравнив удельные теплоемкости удаленного и оставшегося материала – они оказались одинаковыми. Рэмфорд также утверждал, что, казалось бы, бесконечное выделение тепла несовместимо с теорией теплорода. Он утверждал, что единственное, что передается стволу, – это движение. Рэмфорд не предпринимал попыток более точно количественно оценить выделяемое тепло или измерить механический эквивалент тепла.
Rumford had observed the frictional heat generated by boring out cannon barrels at the arsenal in Munich. At that time, cannons were cast at the foundry with an extra section of metal forward of what would become the muzzle, and this section was removed and discarded later in the manufacturing process. Rumford took an unfinished cannon and modified this section to allow it to be enclosed by a watertight box while a blunted boring tool was used on it. He showed that water in this box could be boiled within roughly two and a half hours, and that the supply of frictional heat was seemingly inexhaustible. Rumford confirmed that no physical change had taken place in the material of the cannon by comparing the specific heats of the material machined away and that remaining were the same. Rumford also argued that the seemingly indefinite generation of heat was incompatible with the caloric theory. He contended that the only thing communicated to the barrel was motion. Rumford made no attempt to further quantify the heat generated or to measure the mechanical equivalent of heat.
Прием
Большинство авторитетных ученых, таких как Уильям Генри и Томас Томсон, полагали, что в калорийной теории содержится достаточно неопределенности, чтобы позволить ее адаптацию для объяснения новых результатов. До этого момента она, безусловно, демонстрировала устойчивость и гибкость. Более того, Томсон, Йонс Якоб Берзелиус и Антуан Сезар Беккерель наблюдали, что электричество можно генерировать неограниченно посредством трения. Ни один образованный ученый того времени не был готов утверждать, что электричество не является флюидом. В конечном итоге, утверждение Рамфорда о "неисчерпаемом" источнике тепла было опрометчивой экстраполяцией, основанной на результатах исследования. Чарльз Халдат высказал ряд проницательных критических замечаний относительно воспроизводимости результатов Рамфорда, и весь эксперимент можно рассматривать как несколько предвзятый. Тем не менее, этот эксперимент вдохновил работу Джеймса Прескотта Джоуля в 1840-х годах. Более точные измерения Джоуля сыграли решающую роль в утверждении кинетической теории в противовес калорийной.
Most established scientists, such as William Henry, as well as Thomas Thomson, believed that there was enough uncertainty in the caloric theory to allow its adaptation to account for the new results. It had certainly proved robust and adaptable up to that time. Furthermore, Thomson, Jöns Jakob Berzelius, and Antoine César Becquerel observed that electricity could be indefinitely generated by friction. No educated scientist of the time was willing to hold that electricity was not a fluid. Ultimately, Rumford's claim of the "inexhaustible" supply of heat was a reckless extrapolation from the study. Charles Haldat made some penetrating criticisms of the reproducibility of Rumford's results and it is possible to see the whole experiment as somewhat tendentious. However, the experiment inspired the work of James Prescott Joule in the 1840s. Joule's more exact measurements were pivotal in establishing the kinetic theory at the expense of caloric.