Теплород
 |
Теплоро́д — невесомый флюид, присутствующий в каждом теле и являющийся причиной тепловых явлений. Введён в 1783 году Лавуазье. Теплород, невесомая, без цвета, запаха и вкуса жидкость, которая через контакт двух тел, самопроизвольно перетекает от нагретого тела к холодному (явление теплопроводности). Тела могут накапливать теплород (явление теплоемкости). Количество теплорода в теле пропорционально его температурой.
Опытным путем было доказано, что теплород возникает в экзотермических и исчезает в эндотермических химических реакций. Экзотермические реакции горения органических топлив являются сейчас основным способом генерирования теплорода.
В конце 18 века опытным путем было доказано, что механическая энергия легко превращается в теплород (Бенджамин Томсон (граф Румфорд), Гемфри Дэви). Но еще раньше было доказано обратное превращение теплорода в механическую энергию. Дени Папин (фр. Denis Papin ) — французский математик, физик и изобретатель еще в 1690 построил паровую машину в которой теплород, поступающий из внешнего источника превращался в механическую энергию. Теорию превращения тепла в механическую энергию, т.е. теорию тепловых машин разработал в 1824 году Сади Карно. Тепловые машины (поршневые, лопастные, роторные…) являются сейчас основными устройствами преобразования теплорода в механическую энергию.
С момента введения понятия теплород и особенно в 19 веке в ученом сообществе шла оживленная дискуссия по вопросу его существования, закончившаяся выводом о том, что теплород не существует. Однако новейшие исследования в области физики твердого тела и специальной теории относительности показали, что этот вывод неверен.
В рамках современных представлений теплород существует в материальных телах в форме т.н. фононного газа. Такое представление позволило объяснить, с атомистической позиции такие свойства теплорода как теплопроводность, теплоемкость и механизм преобразования теплорода в механическую энергию и наоборот. Кроме того, наличие фононного газа позволило объяснить и другие свойства тел. По современным представлениям давление фононного газа, содержащегося в материальных телах, определяет их жесткость. При изменении температуры тела изменение этого давления приводит к изменению расстояний между компонентами атомно-молекулярной структуры тела, что приводит к изменению объема тела (явление теплового расширения тел). С ростом температуры давление фононного газа может либо частично (плавление), либо полностью (испарение), разрушить атомно-молекулярную структуру тела.
Взаимодействие фононного газа с атомами и молекулами вызывает их беспорядочное (тепловое движение). Это движение можно непосредственно наблюдать (броуновское движение), или регистрировать чувствительной радиоэлектронной аппаратурой (эффект теплового шума РЭА). Собственно, эти эффекты и позволили сформулировать альтернативную гипотезу природы тепла – корпускулярно-кинетическую.
Ранее было замечено, что нагретые тела испускают поток особых частиц – фотонов. При этом их температура снижается. При поглощении фотонов температура тела возрастает. На основании этого можно сделать вывод, что теплород может испаряться с поверхности тел, превращаясь в поток фотонов. И, наоборот, при поглощении фотонов, они вновь конденсируются в теле в теплород. В опытах русского ученого Лебедева было показано, что фотоны обладают массой (эффект светового давления), из чего следует, что теплород должен обладать массой.
Формулу (E = mc2) для расчета массы теплорода (энергии) в 1911 предложил немецкий физик А. Эйнштейн. К середине 20 века эта формула была проверена и подтверждена в многочисленных опытах. Таким образом, А. Эйнштейн окончательно решил вопрос о существовании теплорода. Благодаря его исследованиям было показано, что теплород обладает массой, а значит, существует объективно.