История химии с древнейших времен до конца XX века. В 2 т. Т. 2

Современная шкала Цельсия была предложена в 1742 г. Шведский физик окончательно установил обе постоянные точки: тающего льда и кипящей воды.

Однако первоначально он ставил 0° C — при точке кипения воды, а 100° C — при точке ее замерзания. По совету астронома М. Штермера он принял обратное расположение шкалы. Таким термометром впервые воспользовался всемирно известный шведский ботаник К. Линней. Термометр Цельсия получил широкое распространение практически во всем мире, за исключением США и Великобритании.

^{Уильям Томсон, лорд Кельвин (1824–1907)} 

В 1848 г. английский физик Уильям Томсон (лорд Кельвин) доказал возможность создания абсолютной шкалы температур, нуль которой не зависит от свойств воды или вещества, заполняющего термометр. Когда Кельвин вводил свою температурную шкалу, градус на ней он определял следующим образом: «…все градусы имеют одну и ту же величину; т. е. единица теплоты, «падающая» от тела A при температуре T к телу B

при температуре (T — 1) по этой шкале, производит одну и ту же механическую работу, каково бы ни было значение Т. Именно эту шкалу можно считать абсолютной и универсальной…». Кельвин стремился построить новую шкалу так, чтобы она максимально походила на любую из старых, например, газовую. Перебрав несколько вариантов, он в конце концов определил отношение температур через отношение теплот в цикле Карно (см. т. 2, глава 3, п. 3.4):

T₁/T₂ = Q₁/Q₂, (3.3)

где T₁ и T₂

— температуры нагревателя и холодильника соответственно, Q₁ — теплота, отбираемая у нагревателя, Q₂ — теплота, передаваема холодильнику. Точкой отсчета в «шкале Кельвина» послужило значение абсолютного нуля: T = -273,15 °С. При этой температуре прекращается тепловое движение молекул (см. т. 2, глава 3, п. 3.4). Следовательно, становится невозможным дальнейшее охлаждение тел. В результате получилась термодинамическая шкала TK, совпадающая по масштабу с газовой t °С, но со смещенным значением абсолютного нуля:

T

К = t°С + 273,15. (3.4) 

3.2.4. Первые представления о теплоте тела

В 1757 г. шотландский ученый Дж. Блэк (см. т. 1, глава 6, п. 6.6.1) установил, что при конденсации газов и затвердевании жидкостей выделяется некая теплота, названная им «скрытой». И наоборот, чтобы испарить жидкость или расплавить твердое тело, то же количество теплоты необходимо затратить. И хотя сам Блэк не придерживался какой-то определенной концепции о природе теплоты, он рассуждал так: если теплота связана с движением частиц, то вещества с большей удельной плотностью должны иметь большую величину скрытой теплоты плавления или парообразования. Однако эти ожидания не удалось подтвердить экспериментально. Помимо того, шотландский ученый ясно ощутил различие между теплотой и температурой. Поэтому он предложил различать количество теплоты, содержащейся в теле, и температуру — интенсивность нагрева, измеряемую термометром. Чтобы связать две эти характеристики, Дж. Блэк ввел понятие теплоемкости — количества теплоты

, которое нужно сообщить данному телу, чтобы поднять его температуру на один градус:

Q = CΔT, (3.5)

где Q — количество теплоты, ΔT — разность температур.

Многочисленные опыты показали, что теплоемкость у различных тел неодинакова! Она оказалась характеристикой вещества, а не теплоты.

Открытия Блэка буквально взбудоражили научную общественность Европы. На авансцену выступила материальная сущность теплоты. Именно в это время, а точнее, в 1787 г. французские химики К.Л. Бертолле, А.Л. Лавуазье, Л. Гитон де Морво и А. Фуркруа (см. т. 1, глава 6, п. 6.7.3) выступили с предложением считать теплоту материальной субстанцией и даже придумали для нее специальное название — теплород. В своей знаменитой книге «Элементарный курс химии» («Traite etementaire de chimie») А.Л. Лавуазье посвятил теории теплорода целую главу (см. т. 1, глава 6, п. 6.7.2). Он относил теплород к безусловным элементам, принадлежащим всем трем царствам природы. Согласно его теории, частицы теплорода отталкиваются друг от друга, но притягивают к себе частицы других элементов или веществ. В конце XVIII — начале XIX веков идея теплорода оказалась весьма популярной среди ученых Западной Европы. Наличием теплорода объясняли многие явления: и тепловое расширение газов, и скрытую теплоту плавления и парообразования, и даже тепловой эффект химический реакций. Дж. Дальтон при создании своего атомистического учения опирался на гипотезу о теплороде, полагая, что одноименные атомы отталкиваются друг от друга вследствие того, что они окружены оболочкой из теплорода.