Nhiệt độ. Nhiệt. công suất nhiệt

26

Nhiệt độ.
Sự ấm áp.
công suất nhiệt

(Từ lịch sử vật lý)

Nhiệt độ.
Sự ấm áp.
công suất nhiệt

(Từ lịch sử vật lý)

Nhiệt độ.
Sự ấm áp.
công suất nhiệt

Tương tự, có mối liên hệ giữa góc quay và vận tốc góc:

$$\omega^2 - \omega_0^2 = 2\alpha\varphi.$$

Nói chung, bất kỳ công thức nào về động học của chuyển động biểu cảm của một vật đều được lấy từ công thức tương ứng của động học của một điểm (hoặc chuyển động tịnh tiến của một vật) bằng cách thay thế đại lượng tuyến tính bằng đại lượng góc tương ứng.

Để kết luận, chúng tôi lưu ý (sách giáo khoa Vật lý 8 không nói về điều này) rằng các đại lượng φ và a cũng được coi là vectơ. (Bạn cần phân biệt phép quay hoặc phép quay theo chiều kim đồng hồ với phép quay hoặc phép quay ngược chiều kim đồng hồ!) Giả sử rằng các vectơ có độ lớn góc hướng dọc theo trục quay của vật thể theo quy tắc vít bên phải: nếu bạn nhẩm vít bên phải giống như cách vật thể quay thì hướng chuyển động tịnh tiến của vít sẽ chỉ ra hướng của vectơ tương ứng (xem hình). Đúng, đối với gia tốc góc, quy luật này có phần bị điều kiện hóa: vectơ gia tốc trùng hướng với hướng chuyển động của cánh quạt nếu vận tốc góc tăng độ lớn, và hướng theo hướng ngược lại nếu vận tốc góc giảm.

Nhiệt độ.
Sự ấm áp.
công suất nhiệt

Nhiệt độ.
Sự ấm áp.
công suất nhiệt

Từ “năng lực” có liên quan gì đến nó? Rốt cuộc, nó thường được sử dụng khi nói về khối lượng của một số loại nước sốt, hay chính xác hơn là về tổng thể của nó.

Thuật ngữ “nhiệt độ” xuất hiện trong vật lý khoảng 200 năm trước, vào nửa sau thế kỷ 18, và nó vẫn tồn tại trong vật lý như một ký ức về những ý tưởng về cơ thể, cái lạnh và nhiệt độ mà ngày nay dường như giống như những trang giấy, khi đó đã tồn tại trong khoa học.

Kể từ thế kỷ 17, đã có một cuộc đấu tranh trong vật lý giữa hai ý tưởng về bản chất của các dấu hiệu. Cuộc đấu tranh này đã trở thành hợp pháp tương đối gần đây - vào giữa thế kỷ; kết quả là một trong những lý thuyết về Tellote đã bị bác bỏ hoàn toàn, và lý thuyết thứ hai chỉ thành công một phần.

Giả thuyết đầu tiên (chính xác hơn là một giả thuyết) cho rằng Tellota là một chất đặc biệt có thể xuyên qua bất kỳ Tello nào. Càng nhiều chất này trong cơ thể, nhiệt độ của nó càng cao. Thực tế thực nghiệm làm cơ sở cho ý tưởng này là khi hai vật được nung nóng khác nhau tiếp xúc với nhau, vật nóng hơn sẽ nguội đi và vật lạnh hơn sẽ nóng lên. Nó thực sự trông như thể không có gì chảy từ một cơ thể dày hơn sang một cơ thể lạnh hơn. Thứ này, một loại chất rắn, được gọi theo cách khác, nhưng thường xuyên nhất - calo. Người ta tin rằng mọi cơ thể đều xuất hiện

27

là hỗn hợp giữa chất của cơ thể với calo và nhiệt độ được thay đổi bởi nhiệt kế, đặc trưng cho nồng độ calo trong cơ thể. Từ “nhiệt độ” trong tiếng Latin có nghĩa là hỗn hợp. Ví dụ, đồng được gọi là nhiệt độ (hỗn hợp) của đồng và thiếc.

Lý thuyết thứ hai (giả thuyết), lần đầu tiên được đề xuất vào đầu thế kỷ 17 bởi nhà khoa học người Anh Francis Bacon, cho rằng nhiệt là sự chuyển động của các hạt nhỏ bên trong cơ thể (phân tử, nguyên tử, hoặc, như người ta nói khi đó, các hạt không nhạy cảm). Giả thuyết này cũng dựa trên những nhà quan sát có kinh nghiệm cho thấy, ví dụ, sự nóng lên có thể do chuyển động gây ra. Lý thuyết này có nhiều người ủng hộ, thậm chí có những người rất quan trọng như Descartes, Boyle, Hooke, Lomonsov.

Cả hai lý thuyết, bất chấp tất cả những khác biệt của chúng, cũng có điểm chung. Cả hai đều đồng ý rằng nhiệt là thứ chứa trong cơ thể. Theo giả thuyết đầu tiên, cơ thể chứa calo, theo giả thuyết thứ hai - các hạt có “lực sống” của chúng (khi đó người ta gọi động năng). Họ cũng đồng ý rằng nhiệt không biến mất và không xuất hiện: nếu trong quá trình tiếp xúc giữa hai vật, một trong hai mất nhiệt thì vật kia nhận nhiệt, do đó cái mất đi sẽ được thay thế bằng vật kia. Tuy nhiên, đại đa số các nhà nghiên cứu cho đến thế kỷ 19 vẫn tuân thủ cái gọi là lý thuyết vật chất về nhiệt, và thế kỷ 18 tất nhiên là thế kỷ chiến thắng của ý tưởng đặc biệt này về nhiệt.

Việc đưa ra khái niệm về độ dẫn nhiệt của bột nhào gắn liền với việc giải quyết bài toán phân bổ nhiệt khi tiếp xúc giữa các vật thể khác nhau.

Dựa trên giả thuyết đầu tiên và thực tế là nhiệt kế cho thấy nồng độ calo trong cơ thể, nhà toán học người Anh Taylor đã chỉ ra rằng, ví dụ, nếu khối lượng $m_1$ của nước bị dịch chuyển ở nhiệt độ $t_1$, khối lượng $m_2$ ở nhiệt độ $t_2$, $m_3$ ở nhiệt độ $t_3$, v.v., thì nhiệt độ của hỗn hợp hóa ra bằng nhau

$$t = \frac{m_1 t_1 + m_2 t_2 + m_3 t_3 + \dots + m_n t_n}{m_1 + m_2 + m_3 + \dots + m_n}.$$ (1)

Nhà vật lý người Đức Fahrenheit, theo gợi ý của bác sĩ và nhà hóa học Inderland Burgrave, đã tiến hành thí nghiệm với hai khối lượng nước và rutui bằng nhau và chỉ ra rằng nhiệt độ của hỗn hợp (nhịp điệu và nước không trộn lẫn với nhau, nhưng khi gặp nhau thì chúng vẫn có thể được đưa về cùng nhiệt độ) không bằng nhiệt độ $t$, tính theo công thức (1), tức là công thức (1) cho hỗn hợp các chất lỏng khác nhau là không đúng. Hóa ra nếu nhiệt độ nước cao hơn nhiệt độ của rutui thì nhiệt độ của hỗn hợp cao hơn tính toán. Điều này dường như đối với các quốc gia, bởi vì nếu một nhiệt kế thực sự hiển thị nồng độ calo trong một cơ thể, thì với khối lượng bằng nhau, bất kỳ vật thể nào cũng nhận được cùng một lượng nhiệt (tellorade) khi bị nung nóng ở cùng một số độ.

Nhà hóa học người Anh Black đã làm sáng tỏ vấn đề này vào giữa thế kỷ 18. Black giải thích, thí nghiệm Fahrenheit-Burgrave cho thấy rằng cần ít nhiệt hơn để làm nóng một khối rutui nhất định so với làm nóng cùng một khối lượng nước ở cùng một số độ. Nói theo cách riêng của Black: “Do đó, thủy ngân có khả năng sinh nhiệt ít hơn (nếu tôi có thể sử dụng cách diễn đạt đó) hơn nước, cần ít nhiệt hơn để tăng nhiệt độ của thủy ngân lên cùng một số độ.”

Đây là cách mà khái niệm “công suất nhiệt” (tellradiocity) lần đầu tiên xuất hiện. Như vậy rõ ràng nhiệt lượng và nhiệt độ không giống nhau. Nhưng điều đã biết trước đây vẫn đúng: lượng nhiệt mà cơ thể này nhận được bị mất đi bởi cơ thể khác. Ở dạng toán học, ý tưởng của Black được thể hiện bằng một đẳng thức mà giờ đây mọi học sinh đều biết:

$$c_1 m_1 (t - t_1) = c_2 m_2 (t_2 - t).$$ (2)

Nó được gọi là phương trình cân bằng nhiệt, thể hiện ý tưởng bảo toàn nhiệt.

Từ phương trình (2) không thể tìm được nhiệt dung riêng $c_1$ và $c_2$ từ

28

sự tách biệt, nhưng chỉ có thể xác định được mối quan hệ của họ:

$$\frac{c_1}{c_2} = \frac{m_2(t_2-t)}{m_1(t-t_1)}$$

Đặc biệt, từ các thí nghiệm, hóa ra nhiệt lượng của nước lớn hơn nhiệt lượng của thủy ngân 20 lần (theo dữ liệu hiện đại - hơn 30 lần). Nói chung, nhiệt dung riêng của nước là nhiệt dung riêng trung bình nhất của chất lỏng và chất rắn.

Một thời gian sau, người ta đề xuất lấy nhiệt dung riêng của nước làm đơn vị (trên cơ sở đó, đơn vị nhiệt đã được đưa vào - calo, đã trở nên lỗi thời), và sau đó người ta có thể đo nhiệt lượng của bất kỳ chất nào.

Cùng khoảng thời gian đó, Black thực hiện một khám phá quan trọng khác, khám phá này đặc biệt cho thấy rõ ràng rằng có sự khác biệt giữa lượng nhiệt và nhiệt độ. Thực tế là nếu nhiệt kế đo nồng độ nhiệt (tellorade), thì việc cung cấp nhiệt cho cơ thể sẽ làm tăng nhiệt độ cơ thể và việc thải nhiệt sẽ khiến nhiệt độ giảm xuống. Trong khi đó, Black phát hiện ra rằng khi một chất rắn (nước đá) tan chảy, nhiệt độ vẫn không thay đổi, bất chấp nguồn nhiệt cung cấp cho nó. Nhiệt độ của nước không thay đổi khi nó cứng lại, mặc dù nhiệt đã được lấy ra khỏi nước. Black gọi nhiệt này, nhiệt lượng mà nhiệt kế “không chú ý đến”, là ẩn nhiệt của phản ứng tổng hợp hoặc hóa rắn (teler gọi đơn giản là nhiệt của phản ứng tổng hợp). Ông cũng chứng minh sự tồn tại của ẩn nhiệt bay hơi.

Những khám phá của Black chắc chắn là quan trọng nhất trong thế kỷ 18 trong lĩnh vực vật lý nhiệt. Số phận của họ thật thú vị và chưa được biết đến. Để tránh chủ nghĩa đại chúng, Black không xuất bản các bài báo về tác phẩm của mình mà chỉ đưa tin về chúng trong các bài giảng và báo cáo. Chỉ sau khi ông qua đời, vào năm 1803, Bài giảng về các nguyên tố hóa học của ông mới được xuất bản, trong đó có phần giới thiệu vật lý giới thiệu các Hiệu ứng nhiệt tổng quát. Nó cũng đặt ra

Kết quả nghiên cứu đáng chú ý của ông đã được công bố.

Điều gì đã giải quyết tranh chấp về bản chất của nhiệt? Giả thuyết nào trong hai giả thuyết đã ăn? Công trình liên quan đến nhiệt dung và các nghiên cứu nhiệt khác của thế kỷ 18 không thể giải quyết được tranh chấp. Cần có các thí nghiệm để chứng minh rằng nhiệt độ cơ thể có thể tăng lên mà không cần cung cấp nhiệt do công cơ học. Cũng cần phải có được thông tin chi tiết hơn về các nguyên tử và phân tử (“các hạt không nhạy cảm”), những thứ “nghi ngờ” có mặt trong nhiệt. Tất cả điều này đã được thực hiện vào thế kỷ 19. Kết quả là, người ta thấy rằng lý thuyết nhiệt lượng không liên quan gì đến thực tế và nhiệt thực sự có liên quan đến chuyển động của một hạt bên trong cơ thể, nhưng không phải theo cách mà người ta tưởng tượng trước đây. Thứ mà nhiệt bên trong của vật thể được “chứa” không phải là nhiệt, mà là nội năng (tức là động năng của chuyển động tịnh tiến ngẫu nhiên của các hạt, xác định nhiệt độ của vật thể, động năng của chuyển động quay và dao động của các hạt, cũng như thế năng tương tác của chúng). Tellota là năng lượng chuyển động ngẫu nhiên của một hạt của cơ thể, được truyền (ví dụ, khi tiếp xúc) sang cơ thể hoặc các cơ thể khác. Đặc biệt, phương trình (2) không biểu thị định luật bảo toàn nhiệt lượng như người ta nghĩ trước đây (không có định luật nào như vậy cả!). Đây đơn giản là một trường hợp đặc biệt của định luật bảo toàn năng lượng cho các quá trình nhiệt (tức là định luật thứ nhất của nhiệt động lực học) $Q = \Delta U + A$. Chúng có hiệu lực khi bản thân hệ hoặc các ngoại lực tác dụng lên hệ không thực hiện công cơ học ($A = 0$) và sự thay đổi nội năng của hệ $\Delta U$ liên quan trực tiếp đến quá trình truyền nhiệt.