A termodinamika rövid története - Ipari mérnöki blog
BEVEZETÉS
Kirándulnunk kell a XVII. Század végére, és el kell gondolkodnunk azon, hogy a gőzgép fejlesztése miként vezetett be soha nem látott technológiai, gazdasági és társadalmi változásokat. Érdekes módon a korabeli mérnökök tökéletesítették a gőzgépeket, egyre hatékonyabbá téve őket, de senki sem tudta biztosan, hogy milyen fizikai elveket adtak meg az ilyen típusú gépek, sőt, a hő fogalma nem volt túl egyértelmű . A 19. század közepén ezek a kérdések némelyikre olyan válaszokat találtak, amelyeket manapság abszolút igazságnak tartanak, köszönhetően olyan tudósoknak, mint pl. James Prescott Joule és William Thompson akiket egyes szerzők kissé költői módon az energia felfedezőinek neveznek.
A következő sorok mentén elmélyülünk egy kicsit abban, amit úgy döntöttem, hogy "a termodinamika rövid történetének" nevezem.
A HŐ "REJTÉSE"
De jól, Mi a hő? Két nagy paradigma létezett, amelyek egy ideig fennálltak. Egyrészt, megvoltak azok a tudósok, akik azt hitték, hogy azok a kis részecskék, amelyek az anyagot alkotják, mozgásban vannak és másrészt azok a tudósok voltak, akik követték az elektromosság elméletét (18. század), amely a hőt "imponálhatatlan folyadékként" képzelte el, hasonlóan ahhoz, ahogyan annak idején az elektromosságot látták. A 18. század végén azonban Joseph Black, elismert skóciai orvos, fizikus és vegyész az újonnan kitalált hőmérő segítségével felfedezte, hogy egy test hőmérsékletét meg lehet mérni, de a hő nem járul hozzá ehhez . (Ez például akkor történik, amikor olvad a jég, mivel a leadott hő nagyrészt "el van rejtve", mert ha egy hőmérőt az olvadáshoz fűződő jégtömb mellé teszünk, akkor a blokk hőmérséklete továbbra is 0 ºC ).
1780-ban, Antonine-Laurent de Lavoisier és Pierre Simon Laplace, kifejlesztették a jég kaloriméter . Ezzel a "műtárgyval" megmérték a test által leadott hőt. Konkrétan igazolni tudták, hogy egy réz és egy másik, azonos tömegű és hőmérsékletű fa töredéke eltérő mennyiségű jeget olvadt meg.
Ugyanakkor az amerikai Benjamin Thompson (gyakran emlegetik Rumford grófjaként, a birtokolt nemesi cím miatt), aki Németországban dolgozott, azt hitte felfedezni, mi a meleg . Azt állította, hogy a hő az anyagot alkotó apró részecskék mozgása.
HŐ- ÉS MECHANIKAI MUNKA
Évekkel később, már teljesen a XIX, James Prescott Joule, Manchesteri születésű (város, amely akkor technológiai szinten világmércének számított), csodálkozva a gőzgépen, lehetősége nyílt egyikük alapos tanulmányozására, mivel családja, aki elkötelezte magát a söripar iránt, tulajdonosa egy. Hosszú idő után tanulmányozta az említett gépet, minden bizonnyal unta a témát. Ezért vonzotta őt egy másik fizikai jelenség: mechanikai munka előállítása mágnesességgel és elektromossággal .
Michael Faraday 1821-ben feltalálta az elektromos motort ez prototípusként szolgálna, amelyet évekkel később fejleszteni kell az iparban. Joule felfedezte, hogy a Faraday motornak mind gazdasági, mind pedig a termelési hatékonyság szempontjából kevés dolga van a meglévő ipari gőzgépekhez képest (túl sok cinket és cinkfolyadékot fogyasztott. Dobok). Mindazonáltal , Joule furcsa jelenséget figyelt meg: Az elektromos motor működése során az akkumulátor és az elektromos vezetők nagyon magas fűtést szenvedtek . Ez arra késztette, hogy vajon ez az oka a gyenge motorteljesítménynek. Ez a kétség arra késztette Joule-t, hogy néhány hónapig kísérleteket folytasson, amelyek alapvetően az elektromos áram különböző hosszúságú, vastagságú és anyagú fémhuzalokon történő átengedéséből álltak. Egyidejűleg mérte a termelt hőt, és nagyon érdekes következtetésre jutott, amelyet ma ismerünk Joule törvénye: "A termelt hő növekszik az elektromos vezető ellenállásával, az áram intenzitásának négyzetével és keringésének időtartamával".
Azonban egy másik tudós, aki csak most indult el, a skót William Thomson, vonzotta Joule nyomozásai. Joule-tól eltérően Thompsont némi hírnév előzte meg a természettudományi professzor pozíciója miatt a Glasgow-i Egyetemen (ezt a pozíciót fiatalon, 22 éves korában érte el). Thomsont mindig is érdekelte a hő története, sőt, kutatásai hosszú ideig a francia kutató által kézzel írt szövegek összeállítására összpontosítottak: Nicolas Léonard Sadi Carnot .
1822-ben Carnot elméletet tett közzé a gőzgépről. Carnotnak tetszett az az ötlet, hogy a gőzgépet összehasonlítsák a "víz erejével": ahogy a víz leesik egy bizonyos magasságból, malomkereket hajtva, gőzgépben a hő magasabb hőmérsékletről kisebbre áramlik, a víz- és hőmennyiséggel is hasonlatot vetett fel, mivel ahogy a vízimalomban is megegyezik a teljes vízmennyiség, a gőzgép hője sem változik. Carnot rámutatott, hogy egy bizonyos mennyiségű elnyelt hőt mindig újra kell szállítani a mechanikai munka elvégzése után. . Vagyis Carnot elmélete egy zárt hőkörön alapult, ahol a hő már jelen van, ezért nem kellett előállítani.