Открытие закона сохранения и превращения энергии
Одним из важнейших научных обобщений рассматриваемого периода является открытие закона сохранения и превращения энергии. Ф. Энгельс назвал этот закон абсолютным законом природы. Закон сохранения и превращения энергии является естественнонаучной основой материалистического учения о материи и движении. Он выражает факт неуничтожаемое™ материи и движения и указывает на качественные превращения различных форм движения материи при количественном сохранении движения. Значение закона сохранения и превращения энергии определил В. И Ленин, указав, что он является «установлением основных положений материализма»
Сформулированный в 40-х годах XIX в. закон сохранения и превращения энергии приобрел громадное значение в процессе познания новых явлений природы. Достижения науки за последние 100 лет явились не только убедительным доказательством его справедливости, но и обогатили этот закон, еще глубже раскрыв его содержание. Открытие закона сохранения и превращения энергии в середине XIX в. было обусловлено всем ходом обществ 'Венно-экономического развития, оно явилось обобщением Многочисленным научных исследований и опыта, накопленного практикой. Человек с первых шагов трудовой деятельности, сталкиваясь с различными превращениями одних форм движения Материи в другие, использовал энергию природы для производства материальных благ. Однако наблюдаемые человеком в течение тысячелетий взаимопревращения одних Форм движения в другие не могли получить правильного объяснения.
Правда, еще передовые мыслители-материалисты древности (Демокрит, Эпикур) утверждали вечность и неунич-тожаемость материи и движения. Но это утверждения, вытекавшие из логических умозрительных построений и не подкрепленные практикой, были общими, недоказательными и неконкретными. Зарождение и развитие экспериментальной науки способствовали формированию более четких представлений о материальности мира и его закономерностях. В трудах Леонардо да Винчи, Г. Галилея и других представителей мировоззрения эпохи возрождения пропагандируются мысли о сохранении материи, о единстве материальной природы мира. Принцип сохранения или «количественного постоянства» движения был сформулирован в трудах Р. Декарта. Однако в течение длительного периода принцип сохранения движения и принцип сохранения материи рассматривались вне связи друг с другом, что приводило к отрыву материи от движения. В XVIII в. в работах крупнейших английских-и французских философов-материалистов выдвигались правильные положения о связи материи и движения, однако их выводы не подкреплялись убедительными опытными данными.
Такое естественно-научное обоснование неразрывности материи и движения впервые было дано М. В. Ломоносовым, который сформулировал принцип единства материи и движения как всеобщий закон природы. Обобщая свои выводы о неуничтожаемое™ материи и движения, Ломоносов распространял их на все явления и процессы природы. Он писал в 1744 г.: «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, более 200 лет назад М. В. Ломоносовым был впервые четко сформулирован закон сохранения массы и движения как всеобщий естественный закон природы. В 1756 г. Ломоносов экспериментально подтвердил принцип сохранения материи в форме закона сохранения массы вещества, который до сих пор остается одним из важнейших естественно-научных законов природы. Закон сохранения движения шел свое выражение в теории теплоты, разработанной Ломоносовым.
Дальнейшее развитие производительных сил, широкое применение машин в производстве, характерное для эпохи промышленного капитализма, развитие экспериментальной науки и успехи в области познания законов природы приводят к тому, что разнообразные превращения форм движения материи начинают привлекать внимание ученых и инженеров. Новые открытия и исследования убедительно доказывают факт взаимопревращений различных форм движения материи.
Переход механического движения в теплоту был известен человечеству с древнейших времен. Расширение трудовой деятельности человека все чаще и чаще сталкивало его с фактами, наглядно иллюстрирующими превращение механической энергии в тепловую, и в частности, с фактом выделения тепла при трении. Однако отсутствие правильных взглядов на теплоту как на одну из форм энергии и господство теории теплорода в значительной степени препятствовали установлению взаимосвязей между механической и тепловой энергиями. Только широкое применение взаимопревращений тепловой и механической энергий в производственных процессах, наблюдение за этими процессами и их изучение привели к тому, что теория теплорода оказалась неспособной объяснить эти процессы.
Наиболее убедительное доказательство несостоятельности теории теплорода было дано в 1798 г. Б. Румфордом в его работе «Исследование источника тепла, возбужденного трением», где он описывает наблюдения над сверлением пушечных стволов. Румфорд обнаружил, что при сверлении пушечного ствола выделяется большое количество тепла и пушка сильно нагревается; более того, за счет теплоты, выделяемой при трении сверла о металл, Румфорду удалось довести до кипения воду, наполнявшую деревянный ящик, окружавший ствол пушки. Румфорд пришел к правильному выводу о том, что источником теплоты может быть только механическое движение (трение), что выделение теплоты продолжается до тех пор, пока осуществляется движение, т. е., иными словами, указал на наличие связи между затраченной работой и выделяющимся теплом.
Вскоре опытами X. Дэви (1799 г.) и В. В. Петрова (1804 г.) было показано расплавление льда от трения при температуре среды ниже температуры таяния льда. Этот факт также убедительно доказывал связь между трением Я теплотой. Цто касается превращения тепловой энергии в механическую, то это явление .наглядно было подтверждено теплоэнергетической практикой еще в конце XVIII—начале XVIII вв., но не могло получить в то время правильного объяснения.
Теплотехническая практика сыграла исключительно большую роль в подготовке предпосылок для открытия закона сохранения и превращения энергии.