Год открытия: 1790 Что это такое? Тепло возникает в результате трения, а не из-за каких-то внутренних химических свойств каждого вещества. Кто это обнаружил? Граф Рамфорд
Почему это одно из 100 величайших открытий?
Ученые считали, что тепло – это невидимая, невесомая жидкость, называемая калорием. Горячие предметы были наполнены теплом. Тепло перетекает от горячего к холодному. Они также считали, что огонь (горение) возникает из другой невидимой субстанции, называемой флогистоном, жизненно важной сущностью горючих веществ. При сгорании вещество отдает флогистон воздуху. Огонь прекращался, когда весь флогистон терялся.
Эти ошибочные убеждения мешали учёным понять природу тепла и окисления (включая горение) и тормозили развитие многих физических наук. Бенджамин Томпсон, называвший себя графом Рамфордом, разрушил эти мифы и открыл принцип трения. Это открытие открыло путь к истинному пониманию природы тепла.
Как это было обнаружено?
В 1790 году 37-летний граф Румфорд служил военным советником у короля Баварии. В его обязанности входило управление производством пушек для короля.
Родившийся в Массачусетсе под именем Бенджамин Томпсон, Рамфорд служил британским шпионом во время Войны за независимость США. Затем он шпионил за британцами в пользу Пруссии. В 1790 году он бежал в Баварию и сменил имя на графа Рамфорда.
Завод по производству пушек представлял собой оглушительно шумный склад. С одной стороны, металлические обода и монтажные кронштейны ковали молотами вокруг деревянных колёс и лафетов пушек. Пар поднимался из шипящих чанов, когда раскалённые металлические пластины охлаждались в липкой воде.
На другой стороне склада ковали огромные пушки. Расплавленный металл лился в огромные формы — многие длиной 12 футов и шириной более 4 футов. Вращающиеся сверла скоблили и выдолбили внутреннюю часть ствола каждой пушки.
Буры опасно нагревались. Потоки воды не давали им расплавиться. Шипящий пар вырывался из стволов пушек к потолку, где конденсировался и капал на рабочих внизу, словно дождь.
Во время одного из своих визитов Рамфорд обнаружил, что из этих пушек в воздух и воду выделяется огромное количество тепла. В то время учёные считали, что по мере нагревания вещества в него попадает больше калорий. В конце концов, тепло переливается через край и распространяется во всех направлениях, нагревая всё, к чему прикасается.
Румфорд задавался вопросом, как столько калорий (тепла) могло выделиться из металла одного пушечного ствола, особенно учитывая, что в начале сверления стволы орудий были холодными.
Рамфорд решил выяснить, сколько калорий содержится в каждой бочке и где эта энергия хранится. Он соорудил длинный желоб, чтобы собирать воду, выливающуюся из ствола пушки во время бурения, и измерять повышение её температуры.
Он также распорядился опрыскивать скважину дополнительными шлангами, чтобы предотвратить образование пара. Рамфорд не хотел, чтобы тепло выбрасывалось в виде пара, который он не мог уловить и измерить.
Бурение началось с оглушительного скрежета. Шланги поливали буровые коронки водой. Металл начал раскаляться. Поток горячей воды глубиной восемь дюймов хлынул по узкому желобу шириной в фут мимо графа и его термометров.
Рамфорд был в восторге. Из ствола пушки вытекло больше калорий, чем он мог себе представить даже в самых смелых мечтах. А горячая вода продолжала течь мимо него, уже нагретая до более чем 50 градусов Цельсия.
В конце концов лицо графа помрачнело. То есть, всё было совершенно неправильно. Металлический ствол пушки уже потерял достаточно тепла (калорий), чтобы превратиться в пузырящуюся лужу жидкого металла, раскалённую до многих тысяч градусов. Казалось невозможным, чтобы в металле содержалось столько калорий.
Граф Рамфорд наблюдал, как бурильщики возвращаются к работе, и понял, что видит движение. Когда сверла трутся о металл пушки, их движение, ударяясь о металлическую поверхность, должно создавать тепло. Движение преобразовывалось в тепло.
Сегодня мы называем это трением и знаем, что это один из основных источников тепла. Но в 1790 году никто не поверил новой теории графа Рамфорда о теплоте трения, и ещё 50 лет люди придерживались понятия теплорода.
Интересные факты. Трение о молекулы воздуха – вот что сжигает метеоры при их падении в атмосферу. Это же трение заставило НАСА выложить днище каждого космического челнока сотнями термостойких керамических плиток. Разрушение одной из этих плиток привело к взрыву Колумбии 2004.
Больше для изучения
Браун, Сэнборн. Бенджамин Томпсон, граф Рамфорд. Бостон, MIT Press, 1996.
Собрание сочинений графа Рамфорда. Кембридж, Массачусетс, Гарвардский университет Пресс, 1994.
Граф Рамфорд: выдающийся физик. Вестпорт, Коннектикут, Гринвуд, 1995.
Эллис, Джордж. Дж. М. Муар Бенджамина Томпсона, графа Рамфорда. Сомерсет, Пенсильвания, New Library Press, 2003.
Ван ден Берг, Дж. Х. Два основных закона термодинамики: культурно-историческое исследование. Питтсбург, издательство Университета Дюкейн, 2004. Читайте так же: Формирование поверхности
