Первый термометр
Первый термометр (вернее, термоскоп, поскольку он не имел шкалы) был продемонстрирован Галилеем в 1657 г.. Отто фон Герике предложил для измерения температуры достаточно неопределенные «постоянные» точки: среднюю температуру заморозков и летнюю температуру, р. Бойль в своей работе «Механическое начало тепла» (1597 г.), представлявший одну из ранних попыток отыскания тепла в движении, высказал убеждение о постоянстве точек плавления всех тел. Ньютон принял за 0° своего термометра с льняньим маслом постоянную температуру плавления снега, а в качестве другой постоянной точки взял температуру человеческого тела. Далее, Ньютон устроил первый пирометр, основанный на законе охлаждения нагретого стержня, и открыл зависимость эффекта охлаждения от времени и разности температур охлаждающегося тела и окружающей его среды. Г. Амон-тон впервые отчетливо высказал мысль о том, что термометр измеряет не количество тепла, а степень нагретости тел. Свой газовый термометр Амонтон основал на открытой им пропорциональности между упругостью газа и его температурой и в качестве постоянных точек впервые принял точки кипения воды и плавления льда. В 1714 г. Д. Фаренгейт изготовил ртутный термометр с 0° при температуре смеси льда, воды и нашатыря; позднее он ввел точку кипения воды, обозначив ее 212°. Шкала Фаренгейта и поныне употребляется в Англии и США. М. В. Ломоносов в своих исследованиях пользовался шкалой Фаренгейта и шкалой Делиля, а также своей шкалой с 0° при замерзании воды и 150° при кипении ее. Р. Реомюр дал метод градуирования спиртовых термометров с 0° при замерзании воды и 80° при кипении ее. Наконец, в 1742 г. А- Цельсий ввел стоградусную шкалу с 0° при замерзании воды и 100° при кипении ее.
Начало исследованиям в области калориметрии было положено работами Г. В. Рихмана, впервые опубликованными в «Новых комментариях» Петербургской академии. Позднее Делюк открыл постоянство температуры тающего льда. Химик Д. Блек, проверяя правило Рихмана в условиях смешения воды со льдом, открыл теплоту таяния льда, назвав ее «скрытой теплотой». Позднее он же нашел «скрытую» теплоту парообразования водяного пара. Ученик Блека Ирвин ввел термин «теплоемкость», а в 1784 г. Гадолив ввел термин «удельная теплота».
Калориметрия расширила круг экспериментальных исследований тепловых явлений и вначале явилась опытной поддержкой теории теплорода, послужившей для правильного объяснения распространения теплоты от сред с более высокими температурами к средам с более низкими, составления баланса тепла при его переходе от одного носителя к другому. Последующее более глубокое развитие знаний привело к доказательству несостоятельности теплорода как особой невесомой материи и становлению кинетической теории тепла. Практика тепловых двигателей вносила свои коррективы в ряд представлений ученых, что особенно отчетлив во проявилось в развитии учения о водяном паре. Паровые двигатели, как было показано, начали свое развитие, отталкиваясь от понятия об «упругой силе пара». Однако сведения о природе пара были крайне бедными и неточными. Некоторые ученые, например, принимали пар за воздух, выделяющийся из воды при ее кипячении, причем предполагалось, что вода содержит в себе «неисчисляемые» количества воздуха- Отсюда делались такие неверные выводы, что из одного объема воды можно по лучить 14 ООО объемов «воздуха» (вместо 1 700 объемов пара). Подобные неверные положения ученых исправляла практика. Так, например, Т. Ньюкомен и Коули по опыту своих установок утверждали, что «пар восстает путем: кипячения воды пропорционально ее количеству» И. И. Ползунов также писал о «парах, из воды восстающих». Расхождение между выводами теории и данными*, практики становилось все сильнее с развитием последней В результате широкого распространения парового универсального двигателя начались детальные исследования свойств водяного пара. Тогда же началось исследование и свойств газов.
Кинетическая теория тепла возникла не сразу- Ее проявления видны в трудах ряда ученых, например Ф- Бэкона, Р. Бойля, X. Гюйгенса. Однако наиболее глубокое и последовательное объяснение ряда тепловых процессов было сделано М- В. Ломоносовым, решительно отвергшим (Флютюидную теорию тепла и разработавшим первые основы кинетической теории. В своих «Размышлениях о причине теплоты и холода», написанных в 1744 г., Ломоносов утверждает, что «достаточное основание теплоты заключается в движении. А так как движение не может происходить без материи теплота состоит во внутреннем движении материи». Впервые применяя закон сохранения движения к тепловым явлениям, Ломоносов объяснял явление теплообмена тем, что горячие, т. е. быстро движущиеся, частицы передают холодным «часть своего движения; столько же движения уходит от первых, сколько прибавляется у вторых». Отсюда следовало, что «... холодное тело В, погруженное в тело А, очевидно, не может воспринять большую степень теплоты, чем какую имеет А».
Далее, Ломоносов приходит к выводу, что увеличение скорости частиц, а следовательно, и степени нагрева всегда возможно, но «... по необходимости должна существовать наибольшая и последняя степень холода, которая должна состоять в полном прекращении вращательного движения частиц». Так, впервые Ломоносов утверждал существование абсолютного нуля температур. В работе 1748 г. «Опыт теории упругости воздуха» он развивает свою теорию теплоты и основы молекулярно-кинетической теории газов и дает картину молекулярного движения, получившую всеобщее признание только в середине XIX в. В «Прибавлениях к размышлениям об упругости воздуха» Ломоносов, учитывая собственный объем молекул, показал, что при большом сжатии «отношение упру-гостей воздуха должно отличаться от отношений плотностей». Это положение также стало общепризнанным только через столетие.