Кратка история на термодинамиката - Блог за индустриално инженерство
ВЪВЕДЕНИЕ
Трябва да предприемем пътуване до края на седемнадесети век и да обмислим как развитието на парната машина доведе до безпрецедентна технологична, икономическа и социална промяна. Любопитното е, че инженерите от онова време са усъвършенствали парните машини, правейки ги все по-ефективни, но никой не знае със сигурност какви физически принципи са дадени в този тип машини и дори, понятието топлина не беше много ясно . В средата на XIX век някои от тези въпроси намериха отговори, които днес се приемат като абсолютни истини благодарение на учени като Джеймс Прескот Джоул и Уилям Томпсън които някои автори наричат, донякъде поетично, като откриватели на енергията.
В следващите редове ще се задълбочим малко в това, което реших да нарека "кратка история на термодинамиката".
„ЗАГАДКАТА“ НА ТОПЛИНАТА
Но добре, Какво е топлина? Имаше две велики парадигми, които съжителстваха известно време. От една страна, имахме онези учени, които смятаха, че те са малките частици, които изграждат материята в движение и, от друга страна, бяха онези учени, които следваха теорията за електричеството (18 век), които си представяха топлината като „невероятна течност“ по начин, подобен на начина, по който тогава се виждаше електричеството. В края на 18 век обаче Джоузеф Блек, известен лекар, физик и химик в Шотландия, открива с помощта на новоизобретения термометър, че температурата на тялото може да бъде измерена, но не и топлината, която всъщност е допринесла за това (Това се случва, например, при топене на лед, тъй като доставената топлина е "скрита" до голяма степен, защото ако термометър е поставен до блок лед, който се нагрява, за да се стопи, температурата на споменатия блок остава 0 ° C).
През 1780г, Антонин-Лоран дьо Лавоазие и Пиер Симон Лаплас, те разработиха a леден калориметър . С този „артефакт“ те измерват топлината, доставяна от тялото. По-конкретно, те успяха да проверят, че фрагмент от мед и друг от дърво със същата маса и температура са разтопили различно количество лед.
В същото време американецът Бенджамин Томпсън (често цитиран като граф на Румфорд, поради благородната титла, която е носил), който е работил в Германия, той си помисли, че е открил какво е топлина . Той твърди, че топлината е движението на малките частици, които съставляват материята.
ТОПЛИННА И МЕХАНИЧНА РАБОТА
Години по-късно, вече напълно през деветнадесети век, Джеймс Прескот Джоул, Роден в Манчестър (град, който по това време беше световен еталон на технологично ниво), изумен от парната машина, той имаше възможността да изучи един от тях задълбочено, тъй като семейството му, отдадено на бирената индустрия, притежаваше такъв. След дълго изучаване на споменатата машина със сигурност му беше скучно. Ето защо той е привлечен от друг физически феномен: производството на механична работа чрез магнетизъм и електричество .
Майкъл Фарадей е изобретил електрически двигател през 1821 година което ще послужи като прототип, който да бъде подобрен в индустрията години по-късно. Джоул откри, че двигателят на Фарадей няма много общо, както от икономическа гледна точка, така и от гледна точка на производствената ефективност, в сравнение със съществуващата индустриална парна машина (тя консумира твърде много цинк и цинкова течност). Барабани). въпреки това , Джоул наблюдава странно явление: по време на работа на електродвигателя батерията и електрическите проводници претърпяха много силно нагряване . Това го накара да се запита дали това е причината за лошите характеристики на двигателя. Това съмнение накара Джоул да провежда експерименти в продължение на няколко месеца, основно състоящи се от преминаване на електрически ток през метални проводници с различна дължина, дебелина и материал. Едновременно с това той измерваше произведената топлина и стигна до много интересно заключение, което днес знаем като Закон на Джоул: „Произвежданата топлина се увеличава с съпротивлението на електрическия проводник, квадрата на интензитета на тока и продължителността на циркулацията му“.
Обаче друг учен, който тепърва започва, шотландецът Уилям Томсън, той беше привлечен от разследванията на Джоул. За разлика от Джоул, Томпсън е предшестван от известност поради позицията си на професор по естествени науки в Университета в Глазгоу (позиция, която той постигна на млада възраст от 22 години). Томсън винаги се е интересувал от историята на топлината, всъщност неговите изследвания дълго време са били фокусирани върху съставянето на ръкописни текстове от френски изследовател: Никола Леонард Сади Карно .
През 1822 г. Карно публикува теория за парната машина. Карно хареса идеята за сравнение на парната машина със „силата на водата“: точно както водата пада от определена височина, задвижвайки фрезово колело, в парната машина топлината ще тече от по-висока температура към по-малка, той също направи аналогия с количеството вода и топлина, тъй като, както общото количество вода е същото във водната мелница, топлината в парната машина също няма да претърпи промени. Карно посочи, че определено количество погълната топлина винаги трябва да се доставя отново след извършване на механична работа. . Тоест, теорията на Карно се основава на затворен термичен кръг, където топлината вече присъства и следователно не е необходимо да се произвежда.