Как раньше описывали тепловые явления?

Вот только мало кто знает, что изначально "калорийность" использовалась в гораздо более широком смысле. Существовала так называемая калорическая теория описания тепловых процессов в физике. Вот правда изучая её постулаты сегодня, невольно улыбаешься. Но...Обо всём по порядку!

Современные представления о тепловой энергии и теплопроводности

Если изучить современное описание понятия тепловой энергии тела и механизма теплопроводности, которые характеризуются его температурой, то всё довольно просто и линейно. Про теплопроводность у меня есть простая и интересная статья. Но если в общих чертах, то у частичек, из которых состоит тело, есть некоторая тепловая энергия. Она является мерой движения этих частиц, а температура характеризует интенсивность такого движения.

Вот возьмем мы горячую сковороду. Она выполнена из металла. Металл имеет атомную кристаллическую решетку с малоподвижными узлами и подвижным электронным газом. Понятие кристаллической решетки подробно разбиралось здесь.

Чем сильнее мы нагреваем образец или повышаем его температуру, тем интенсивнее перемещаются частицы в структуре образца. Температура характеризует этот процесс, а заодно является мерой энергии частичек в строении материала.

Если коротко, то чем быстрее частицы передвигаются, тем горячее будет тело.

Эта схема описания процесса получила реальное научное подтверждение и молекулярно-кинетическая теория является вполне себе объективным представлением об устройстве вещества и тепловых процессах. Движение частичек при разных температурах удалось зафиксировать даже с помощью микроскопа и сомнений уже не возникает. Но так было далеко не всегда.

До появления современной гипотезы, существовало представление о так называемом теплороде.

Это так называемая калорическая теория. Узнаете слово калория? :)

Калорическая теория и её забавное описание тепловых процессов

Калорическая теория строилась на том, что внутри каждого тела есть специальная жидкость под названием теплород. Жидкость эта не может быть обнаружена, но между тем она присутствует в каждом материальном теле и определяет его температуру.

Стой, там теплород :)

Процесс теплопроводности в такой схеме строится на обмене специальной жидкостью между участками тела. Жидкость устроена так, что она активно отталкивается сама от себя и заполняет всё свободное пространство. Этот процесс и обеспечивает процесс передачи тепла и заветные калории переносятся именно этой невидимой жидкостью. Количество тепла каждого тела определяется его способностью вмещать нужное количество этой жидкости или теплорода.

Представление о внутренней энергии или количестве тепла внутри тела строилось на аналогии с воздушным шариком с водой. Если внутри шарика есть горячая вода, то он и горячий. Так и теплород.

Что смогла объяснить калорическая теория

Несмотря на забавность этой теории, благодаря существованию калорической картины в описании тепловых процессов удалось впервые сформулировать основные положения о законе сохранения энергии. Ведь что при передаче тепла у нас есть некоторое ограниченное количество энергии, передаваемое от горячего участка тела более холодному, так и теплорода количество ограниченное.

Поскольку нельзя уничтожить или повлиять на эту странную гипотетическую жидкость, калории сохраняются. Ведь их нельзя создать или внезапно сломать!

Также объяснили процесс передачи тепловой энергии в газе. Если газ расширяется, то хуже проводит тепло. Теплороду сложнее перемещаться по среде с меньшей плотностью. Ну а сжатый газ интенсивнее проводит тепло. Ведь так проще заполнить всё это средой, являющейся носителем тепла.

Крах теории

В 1798 году граф Румфорд отметил довольно занятную вещь. Сколько не растачивай пушку, а тепловые параметры у неё не меняются. Но по представлениям калорической теории, чем меньше материала физически, тем меньшее количество этой супер-жидкости помещается внутри.

Это, кстати говоря, ещё одно обстоятельство, которое стало прообразом существования теплоемкости. За одним лишь исключением. Если измерить теплоемкость кубика, объемом 1 кубический сантиметр и кубика, объемом один кубический метр, теплоемкость получится одинаковая. А вот по калорической теории должно получиться разное число!

Вот и граф Румфорд обратил внимание, что сколь тонкими стенки не делай, а термодинамические параметры почти не меняются. Опубликованный научный труд был принят в штыки. Ведь калорическая теория тогда считалась вполне себе авторитетной и даже работала. Однако в итоге физика всё же пришла к тому, что теплород и существование такой жидкости - штука весьма сомнительная и на самом деле нужно говорить об энергии частиц.