ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Закон сохранения и превращение энергии. История открытия закона.

12 3 4

Лекция 6. Первый закон термодинамики.

С давних пор было обнаружено, что тела могут обмениваться между собой не только веществом, но и движением. При этом вещество и движение не могут исчезать, они только переходят от одних тел к другим так, что общие их количество остается постоянным.

Одним из первых, кто указал на это свойство материи, был М.В. Ломоносов. В работе «Рассуждение о твердости и жидкости тел» и в письме к Л. Эйлеру от 5 июля 1747 г. Ломоносов писал: «Все перемены, в натуре случающиеся, такого суть состояния, что, сколько чего у одного тела отнимется, столько же присовокупится к другому. Там, где убудет несколько материи, то умножится в другом месте…. Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения: ибо тело, движущее своей силой другое, столько же оныя у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает».

Закон сохранения вещества в химических реакциях был впервые сформулирован М.В. Ломоносовым в 1756 году, а в общем виде установлен Лавуазье в 1774 году. Следует отметить, что М.В. Ломоносов говорит здесь только о сохранении вещества и движения. Его утверждения не приобрели еще здесь форму закона, так как они не были строго доказаны и выражены в математическом виде. В то время для этого не было необходимых опытных данных. Это было сделано лишь спустя столетие другими учеными, главным образом Майером, Джоулем, Гельмгольцем, Гессом, Клаузиусом и др. Ими было установлено, что при обмене движением один вид движения не только сохраняется, но и может частично или полностью переходить в другой вид, причём так, что общее количество энергии всех видов остаётся постоянным и равным энергии в начале процесса, т.е. начальной энергии процесса.

Одним из первых, кто обратил на это внимание, был Бенджамен Томсон (граф Румфорд). Томсон заметил (1798 г.), что при сверлении стволов пушек выделяется большое количество теплоты. Он описал этот факт в мемуарах «Исследования источника тепла, возбуждаемого трением».

Затем известный французский инженер Сади Карно (1824 г.) исследует условия превращения тепловой энергии в механическую в тепловых машинах.

Однако наибольшей вклад в открытие закона сохранения и превращение энергии внес немецкий врач Юлиус Майер. Он окончил университет в Тюбингене и работал врачом в Париже. В 1840—1841 гг. Майер как корабельный врач принимал участие в плавании на о. Яву. Он обратил внимание на три важных факта:

1.Вода в океане после бури всегда теплеет.

2. Венозная кровь у одних и тех же моряков в южных широтах светлее, чем в северных.

3. Количество окисляемых продуктов в организме человека возрастает с увеличением выполняемой им работы.

Первый факт навел его на мысль о том, что во время шторма механическое движение волн превращается в тепловое движение частиц воды (он не знал об опытах Томсона).

Остальные факты привели Майера к неожиданному для того времени открытию: человек является тепловой машиной. Теплота, которая образуется в его теле, возникает в результате сгорания — окисления кислородом воздуха пищевых продуктов в его организме. Продукт сгорания — углекислый газ через легкие выводится в атмосферу. При этом кровь, как бы наполнившись «дымом» — продуктом сгорания (в основном углекислым газом), темнеет. В жарком климате тепла для жизни организма необходимо существенно меньше, чем в холодном, поэтому «топлива» расходуется мало, сгорание происходит менее интенсивно и кровь почти не темнеет.

Главным выводом здесь было то, что химическая энергия превращается в тепловую. В действительности химическая энергия в организме человека переходит как в тепловую, так и в механическую и в малых количествах — в электрическую энергии.

Мысль о превращении химической энергии в тепловую в Европе того времени была почти невозможной для понимания, поэтому труд Майера «Органическое движение в его связи с обменом веществ» не привлек внимания физиков.

В те же годы, когда Майер пытался убедить ученый мир в правильности своих идей о превращении различных видов энергии в тепловую, английский пивовар и физик-любитель Джеймс Джоуль (ставший впоследствии знаменитым физиком) установил законы выделения тепловой энергии при трении, а так же в проводнике с током (1841 г.).

Почти одновременно с этим в России появились работы русского профессора Горного института в Петербурге Германа Ивановича Гесса, который установил закон сохранения и превращения энергии в химических реакциях горения веществ.

В 1847 г. немецкий естествоиспытатель Герман Гельмгольц в работе «О сохранении силы» научно изложил закон сохранения и превращения энергии.

Однако математическая формула закона сохранения и превращения энергии еще не была получена. Это сделал в 1850 г. немецкий физик Рудольф Клаузиус на основе работ Карно. Клаузиус утвердил в науке понятие энергии, точнее внутренней энергии. После его работы понять закон было просто: энергия может превращаться из одного вида в другой, при этом суммарное ее количество остается постоянным.

12 3 4