Miért fogadták el a kalóriaelméletet annak ellenére, hogy megfigyelték, hogy a súrlódás okozta hőt?
Miért tűnik úgy, hogy a hő kalóriaelméletét csak akkor kérdőjelezték meg komolyan, miután Earl Rumford kísérleteket végzett ágyúfúrással? Természetesen sok hétköznapi példa volt, mielőtt a súrlódás hőt generált volna, például egy fűrész felforrósodott, egy fát vágott, fát melegedett csiszolás közben, egy penge megélesített egy követ, vagy csak két botot dörzsölt össze a kezdéshez. Tűz. Csak arról van szó, hogy Rumford előtt senki sem tette fel a nyilvánvaló kérdést - honnan származik ezekben az esetekben a kalóriatartalom?
válasz
Két különböző elmélet létezett a hőfolyadékról. A korábbit, a flogistont Stahl vezette be 1703-ban (feltehetően 1667-ben Becher, aki Terra Penguis-nak hívta), a későbbieket pedig a kalóriát Lavoisier az 1780-as években. Az elmélet sikeresen elmagyarázta a különböző típusú fizikai és kémiai jelenségeket, nevezetesen a hőcserét, az égést, a fázisátmenetekben lévő látens hőt és a vízkőmentesítést (fémképződést). Mészkőmentesítéskor például a "földekhez" (ércekhez) adott flogiszton hozzáadta a fémes tulajdonságok megszerzését. Ez nem lehet meglepetés. A modern elméletek hatékonyan reprodukálják a flogiszton/kalória elméleteket (hasonlóan a hatékony "részecskékhez", például a fononokhoz) a legtöbb magyarázathoz használt jelenségre.
A mechanikai elméletet alternatívának tekintették (például Bacon, Boyle, Hooke, Locke és Cavendish javasolta, amint ezt Rumford később felismeri), de alacsonyabb rendűnek tekintették, ha nem is zárják ki. Black látens és specifikus fűtéssel végzett munkáját 1757-1764-ben és Wilckes 1772-ben kulcsfontosságúnak tekintették abban, hogy a flogisztont előnyben részesítsék nála. Nehéz volt mechanikusan megmagyarázni, hová tart a látens hő, miért nem arányos a hőkapacitás a sűrűséggel, vagy hogyan zajlanak le a fázisátalakulások. Schwarz azonban természetesen mindent megmagyarázott, a látens hő a phlogiston azon képességének volt köszönhető, hogy kémiailag össze tud kapcsolódni az anyaggal, a gáz halmazállapot pedig a flogistonban lévő folyadék oldata volt. A súrlódás által generált hő szokásos magyarázata az volt, hogy a felületek összedörzsölésének feszültsége miatt a flogiszton kényszerült az atomok közé, és hőként hatott. Lásd Friedman könyvének Kémiai forradalom című fejezetét .
Lavoisier felülvizsgálata az égéshez (égéshez) hozzáadott tömeg hatásaira vonatkozott, amelyet meg tudott mérni, ami ellentmondott az égés flogisztonikus nézetének: Stahl szerint a flogiston megúszta az anyagot, míg Lavoisier szerint oxigént adtak hozzá. Lavoisier oxigenizációs elméletéhez azonban még mindig szükség volt egy hőfolyadékra, amelyet Kalóriának nevezett el, és arra is szükség volt, hogy fenntartsák a fekete látens hőelméletét. Kirwan phlogistonról szóló esszéjéhez (1784) fűzött megjegyzéseiben Lavoisier ezt írja:
"Ha egy fémet egy bizonyos hőmérsékletre melegítenek, és ha részecskéit egymástól egy bizonyos távolságra történő hő választja el, és egymáshoz való vonzódása kellőképpen csökken, képes lesz lebontani a létfontosságú levegőt, ahonnan a levegőt elveszi. " Bázis, mégpedig oxigén, és a másik alapelvet, nevezetesen a kalóriatartalmat, a szabadságban határozza meg. főként és szinte teljes egészében ebből az anyagból oldódik fel a kalóriatartalom és a fény ".
Az elmélet egyik gyengesége az volt, hogy a felszabaduló hő betartja az anyag megőrzésének törvényét, és nem nő a mechanikai munkával arányosan, ahogy a mechanikai elmélet megjósolja. Rumford 1798-ban megpróbálta kimutatni, hogy a kalóriaelmélet szerint az ágyúcsövek kiürítéséhez szükséges őrléssel végzett kísérleteiben a kalóriaellátás gyakorlatilag korlátlan lesz. De a kortárs tudósok (például Dalton, Leslie és Henry) nem tartották hitelesnek, motívumai nem voltak éppen tudományosak, a "korlátlan" ellátásra vonatkozó állításai eltúloztak, és eredményeinek reprodukálhatósága kérdésesnek tűnt. Ezenkívül köztudottan a súrlódás révén villamos energiát termeltek, és annak folyadékként való státusát nem vitatták. Így az 1820-as években Carnot még mindig a kalóriaelméletben dolgozott a gőzgépek tanulmányozása során, különös tekintettel a kalóriatartalmú vízikerék analógiájára.
A hullámoptika bevezetése az 1820-as években második ütés volt. Nehezebb volt megmagyarázni a sugárzó hőt, mivel az űrben áramló kalória részecskék. Még határozottabban: Joule kísérleteit a hő mechanikai egyenértékével eredetileg 1842-ben hűtötték. Csak miután Thomson megtudta Mayer 1841-es energiatakarékossági törvényét, és nagyobb figyelmet szentelt Joule 1847-es kísérleteinek, és miután Clausius 1850-ben mechanikusan újraértelmezte Carnot elméletét, jöttek össze a dolgok, hogy kiszorítsák a kalóriaelméletet az 1850-es években. Lásd Fowler's Teaching Heat: A kalóriaelmélet emelkedése és bukása .
A kalóriaelmélet magyarázatot adott a súrlódás által létrehozott hőre. A kalóriatartalmat minden objektumban tárolni kell. Az egyik elmélet (nem tudom, hogy ez az egyetlen) az volt, hogy a súrlódás némi feszültséget okozott a testekben, és ennek eredményeként a testekben tárolt kalóriák egy része felszabadult. Mivel a kalóriaelmélet feltételezi, hogy a világegyetem teljes mennyisége bizonyos mértékben megmarad, az a következtetés, hogy a súrlódással történő fűtés csak addig működik, amíg az összes tárolt kalória felszabadul. Rumford azzal érvelt, hogy ez nagyon sok időt vehet igénybe, és többször, látszólagos kalóriacsökkenés nélkül. Megfigyelései azonban nem vezettek a kalóriaelmélet azonnali elutasításához. Valószínűleg néhány ember megpróbálta valahogy megmagyarázni.