Zinātnieka vārds, kurš atklāja enerģijas nezūdamības likumu. Skolas enciklopēdija. Enerģijas nezūdamības likuma pamatnozīme

Šī ideja nobrieda un sāka konfliktēt ar uzskatiem, kuru pamatā bija jēdziens “bezsvara”. Šo ideju arvien vairāk izsaka dažādi zinātnieki, un bija nepieciešams viens solis, lai šī ideja iegūtu fizisko likumu. Šo soli ir spēruši daudzi zinātnieki. Interesanti atzīmēt, ka daudzi no viņiem nebija fiziķi laikā, kad tika atklāts enerģijas nezūdamības un pārveidošanas likums. Galvenā loma enerģijas nezūdamības un pārveidošanas likuma noteikšanā bija vācu ārstam Majeram, vācu zinātniekam Helmholcam (kurš tajā laikā bija ārsts un fiziologs un tikai tad kļuva par fiziķi) un, visbeidzot, anglis Džouls, kurš nodarbojās ar fizisko izpēti.

Roberts Maijers

Roberts Maijers (1814-1878) studēja medicīnu un fizioloģiju. 1840. gadā viņš atklāja, ka asinis, kas ņemtas no vēnas no cilvēkiem, kas dzīvo tropos, ir vairāk spilgta krāsa nekā starp cilvēkiem, kas dzīvo Eiropā. Pētot šo parādību, Mayer nolēma, ka iemesls tam ir temperatūras starpības atšķirība cilvēka ķermenis Un vidi. Pārdomājot šo jautājumu, viņš galu galā nonāca pie vispārējas idejas par “dabas spēku” neiznīcināmību un to spēju pārveidoties vienam par otru. Vispirms Maijers izklāstīja savus uzskatus un secinājumus savā darbā “Par spēku kvantitatīvo un kvalitatīvo noteikšanu”. Šeit ar vārdu “spēks” Majers saprot to, ko vēlāk sāka saukt par enerģiju. Viņš saglabā šo terminu savos turpmākajos darbos. Spēki, pēc Mayera domām, ir cēloņi, kas maina savstarpējās attiecības starp ķermeņu vielām. No loģikas likumiem un cēloņsakarības principa, pēc Mayera domām, izriet, ka spēki ir neiznīcināmi objekti, taču mainās to īpašības. Zinātnei, "pētot spēku esamības veidu (fiziku), savu objektu kvantitāte ir jāuzskata par nemainīgu un tikai to kvalitāte ir mainīga" 1, uzskata Mayer. Tālāk viņš raksta:

"...kustība, siltums un, kā mēs plānojam parādīt vēlāk, elektrība ir parādības, kuras mēra viens ar otru un pārvēršas viens otrā saskaņā ar noteiktiem likumiem" 2

Izteicis šos vispārīgos principus, Maijers, tos īpaši izvērtējot, izdarīja vairākus kļūdainus un mulsinošus pieņēmumus. Tā, piemēram, viņš kā mehāniskās kustības mērauklu ņēma nevis kinētisko enerģiju, bet gan kustības daudzumu. Mayer plānoja publicēt šo darbu fizikas žurnālā Annalen der physik. Tomēr žurnāla redaktors Pogendorfs atteicās to publicēt. Rakstam bija vispārīgs pusfilozofisks raksturs, un tajā nebija nekādu konkrētu eksperimentālu vai teorētisku rezultātu.

Tajā pašā 1841. gadā Mayer uzrakstīja jaunu darbu par šo pašu jautājumu un, ņemot vērā viņa neveiksmīgo pieredzi, nosūtīja to ķīmiski farmaceitiskajam žurnālam “Annalen der Chemie und Pharmacie”, kur tas tika publicēts 1842. gadā ar nosaukumu “Piezīmes”. par nedzīvās dabas spēkiem." Šajā, arī galvenokārt vispārīga rakstura, rakstā Majers savas idejas attīstīja pamatīgāk un neieviesa pirmajā rakstā ietvertos kļūdainos nosacījumus. Jauns svarīgs punkts bija tas, ka, runājot par mehāniskās enerģijas pārveidošanu siltumā, Mayer pirmo reizi konstatēja siltuma mehāniskā ekvivalenta esamību. Viņš uzrakstīja:

“...Jāatbild uz jautājumu, cik liels ir siltuma daudzums, kas atbilst noteiktam kritiena vai kustības spēka daudzumam. Piemēram, mums bija jānosaka, cik augstu noteikta slodze ir jāpaceļ virs zemes virsmas, lai tās krišanas spēks būtu līdzvērtīgs vienāda svara ūdens uzsildīšanai no 0 līdz 1 °. 3 .

Meijers tālāk ziņo, ka veicis atbilstošu aprēķinu, izmantojot jau zināmās gaisa siltumietilpības vērtības pie nemainīga spiediena c p un siltumietilpības pie nemainīga tilpuma c v, un atradis siltuma mehānisko ekvivalentu, kas pēc viņa aprēķiniem , izrādījās vienāds ar 365 kgm/kcal.

1845. gadā Majers publicēja grāmatu “Organiskā kustība saistībā ar vielmaiņu”, kurā viņš sīkāk izklāstīja doktrīnu par enerģijas saglabāšanu un pārveidošanu (viņa terminoloģijā “spēks”). Sīkāk, Mayer galvenie punkti ir šādi. Viņš uzskatīja, ka dabā ir divu veidu cēloņi: vienu raksturo svara un necaurlaidības īpašība - tā ir matērija, otra cēloņu grupa ir spēki. Matērija un spēki ir neiznīcināmi. Tas izriet no principa, ka cēlonis vienmēr ir vienāds ar sekām, kas savukārt ir cēlonis turpmākajai darbībai. Tajā pašā laikā iemesli var būt dažādi. "Cēloņi ir (kvantitatīvi) neiznīcināmi un (kvalitatīvi) spējīgi pārveidot objektus." Šajā ziņā spēki ir neiznīcināmi objekti, kas spēj pārveidoties. Dabā ir vairāki kvalitatīvi atšķirīgi “spēki”. Pirmkārt, kustība: "Kustība ir spēks." Šo spēku mēra pēc darbaspēka daudzuma. Elastīgiem ķermeņiem saduroties, kopējais “dzīvo spēku” daudzums paliek nemainīgs. Vēl viens spēks ir "krītošais spēks". Ar šo spēku Mayer saprot pacelta ķermeņa potenciālo enerģiju. To mēra ar svara un auguma reizinājumu. Krītot “krišanas spēks” un “kustības spēks” savstarpēji pārvēršas viens otrā. To kopējais daudzums paliek nemainīgs. Siltums arī ir "spēks". To var pārvērst mehāniskā kustībā un otrādi. Mehāniskās iedarbības (pēc Mayer domām, kinētiskās un potenciālās enerģijas vispārējais nosaukums) pārvēršana siltumā un otrādi vienmēr notiek stingri līdzvērtīgos daudzumos. Savā darbā “Organic Movement and Metabolism” Mayer sniedz precīzāku siltuma mehāniskā ekvivalenta vērtību (nekā 1842. gada rakstā), kas atkal atrasta, pamatojoties uz atšķirību starp gaisa siltumietilpību nemainīgā tilpumā un nemainīgu spiedienu. Pēc viņa aprēķiniem, mehāniskais ekvivalents ir 425 kgm/kcal.

Elektrība ir arī fiziskā spēka izpausmes veids. Berzes gadījumā mehānisko enerģiju var pārvērst elektrībā. Mayer min elektrofora piemēru, pareizi atzīmējot, ka, noņemot augšējo plāksni, papildus darbam pret gravitāciju ir jāvelta mehāniskais darbs pret elektrisko spēku.

Papildus uzskaitītajiem spēkiem pastāv arī “ķīmiskais spēks”. Šis spēks, pēc Mayera domām, piemīt ķīmiskām vielām, kuras spēj apvienoties, atrodoties atdalītas: ķīmiski nošķirtā eksistence jeb vielu ķīmiskā atšķirība ir “spēks”. Majers aplūko piemērus “spēku” savstarpējai pārveidošanai: mehāniskā kustība siltumā un elektrībā, elektrība siltumā un “mehāniskais efekts”, siltums elektrībā utt. Meijers saprata, ka viņa teorija ir ne tikai jauna, bet arī ir pretrunā esošajiem uzskatiem. Tāpēc viņš īpaši iestājas pret ideju par neaptveramiem. Viņš raksta:

“Izteiksim lielo patiesību: nav nebūtisku lietu. Mēs labi apzināmies, ka cīnāmies pret dziļi iesakņojušām hipotēzēm, kuras kanonizējušas lielākās autoritātes, ka mēs kopā ar neaptveramiem šķidrumiem gribam izstumt no dabas mācības visu, kas palicis pāri no Grieķijas dieviem; taču mēs arī zinām, ka daba savā vienkāršajā patiesībā ir lielāka un skaistāka par jebkuru cilvēka roku radīto darbu, par visām radītā gara ilūzijām. 4 .

Pirmie Mayera darbi nepiesaistīja fiziķu uzmanību. Tie netika publicēti fizikas žurnālos un lielākoties bija vispārīgi, nemaz nerunājot par to, ka tie bija pretrunā ar dominējošo kaloriju teoriju un vispār ar priekšstatiem par neaptveramiem.

1843. gadā neatkarīgi no Mayera anglis Džeimss Preskots Džouls (1818-1889) nonāca pie siltuma un darba līdzvērtības atklāšanas un pēc tam pie enerģijas nezūdamības un pārveidošanas likuma. Kopš 1841. gada Džouls ir pētījis siltuma izdalīšanos ar elektrisko strāvu. Jo īpaši šajā laikā viņš atklāja likumu, ko arī neatkarīgi nodibināja Lencs (Džoule-Lenca likums). Pēc tam, pārbaudot kopējo siltuma daudzumu, kas noteiktā laikā izdalās visā ķēdē, ieskaitot galvanisko elementu, viņš noteica, ka šis siltuma daudzums ir vienāds ar elementā tajā pašā laikā notiekošo ķīmisko reakciju siltumu. Viņš, Džouls, uzskata, ka elektriskās strāvas ķēdē izdalītā siltuma avots ir galvaniskajā elementā notiekošie ķīmiskie procesi, un elektriskā strāva it kā pārnes šo siltumu pa visu ķēdi. Viņš rakstīja, ka "elektrību var uzskatīt par svarīgu aģentu, kas pārnes, organizē un pārveido ķīmisko siltumu" 5 . Bet "elektromagnētiskā mašīna" var kalpot arī kā elektriskās strāvas avots. Kā šajā gadījumā būtu jāņem vērā elektriskās strāvas radītais siltums? Džouls arī uzdod jautājumu: kas notiks, ja magnetoelektrisko mašīnu (t.i., elektromotoru) pieslēgs ķēdei ar galvanisko elementu?Kā tas ietekmēs strāvas radīto siltuma daudzumu ķēdē?

Džeimss Preskots Džouls

Turpinot pētījumus šajā virzienā, Džouls nonāca pie jauniem svarīgiem rezultātiem, kurus viņš izklāstīja 1843. gadā publicētajā darbā “Magnetoelektrības termiskā ietekme un siltuma mehāniskā vērtība”. Vispirms Džouls pētīja jautājumu par siltums, ko rada indukcijas strāva. Lai to izdarītu, viņš ievietoja stieples spoli ar dzelzs serdi caurulē, kas bija piepildīta ar ūdeni, un pagrieza to magnētiskajā laukā, ko veido magnēta stabi (63. att.). Mērot indukcijas strāvas lielumu ar galvanometru, kas savienots ar stieples spoles galiem, izmantojot dzīvsudraba komutatoru, un vienlaikus nosakot siltuma daudzumu, ko caurulē rada strāva, Džouls nonāca pie secinājuma, ka indukcijas strāva, tāpat kā galvaniskā strāva, izdala siltumu, kura daudzums ir proporcionāls strāvas un pretestības kvadrātam.

Rīsi. 63. Džoula uzstādīšana (zīmējumā magnēts nav norādīts)

Rīsi. 64. Džoula iekārta siltuma mehāniskā ekvivalenta noteikšanai

Pēc tam Džouls savienoja stieples spoli, kas ievietota ūdens caurulē, galvaniskajā ķēdē. Rotējot to pretējos virzienos, viņš mērīja ķēdē esošo strāvu un noteiktā laika periodā radušos siltumu tā, ka spole kādreiz pildīja elektromotora lomu, bet citreiz kā elektriskās strāvas ģenerators. Pēc tam, salīdzinot izdalītā siltuma daudzumu ar galvaniskajā šūnā notiekošo ķīmisko reakciju siltumu, Džouls nonāca pie secinājuma, ka "ķīmiskās iedarbības siltums var palielināties vai samazināties" un ka "tātad mums ir magnetoelektrība. līdzeklis, kas spēj iznīcināt ar parastiem mehāniskiem līdzekļiem vai izraisīt siltumu" 6 .

Beidzot Džouls piespieda šo cauruli griezties magnētiskajā laukā jau krītošu smagumu ietekmē.Mērot ūdenī izdalītā siltuma daudzumu un veikto darbu, nolaižot svarus, viņš aprēķināja siltuma mehānisko ekvivalentu, kas izrādījās jābūt vienādam ar 460 kgm/kcal.

Tajā pašā gadā Džouls ziņoja par eksperimentu, kurā mehāniskais darbs tika tieši pārvērsts siltumā. Viņš izmērīja siltumu, kas izdalās, kad ūdens tiek izspiests caur šaurām caurulēm*, un viņš atklāja, ka siltuma mehāniskais ekvivalents ir 423 kgm/kcal.

Pēc tam Džouls atkal atgriezās pie siltuma mehāniskā ekvivalenta eksperimentālas noteikšanas. 1849. gadā viņš veica plaši pazīstamu eksperimentu siltuma mehāniskā ekvivalenta mērīšanai. Izmantojot krītošus atsvarus, viņš piespieda asi ar asmeņiem griezties kalorimetrā, kas piepildīts ar šķidrumu (64. att.). Mērot slodžu paveikto darbu un kalorimetrā izdalīto siltumu, Džouls saņēma siltuma mehānisko ekvivalentu, kas vienāds ar 424 kgm/kcal.

Siltuma mehāniskā ekvivalenta atklāšana lika Džoulam atklāt enerģijas nezūdamības un pārveidošanas likumu. Lekcijā, ko viņš lasīja 1847. gadā Mančestrā, viņš teica:

“Tāpēc jūs redzat, ka dzīvais spēks var tikt pārveidots siltumā un siltums var pārveidoties dzīvā spēkā vai pievilkšanās no attāluma. Visi trīs tātad - proti, siltums, dzīvais spēks un pievilkšanās attālumā (kurā varu iekļaut gaismu...) - ir savstarpēji pārvēršami viens otrā. Turklāt šo pārvērtību laikā nekas netiek zaudēts. 7 .

Hermans Helmholcs (1821-1894) pēc izglītības bija ārsts un fiziologs, tūlīt pēc Medicīnas-ķirurģijas institūta beigšanas viņš nodarbojās ar pētījumiem fizioloģijas jomā, īpaši saistībā ar dažādu enerģijas veidu pārveidi dzīvā vidē. organisms. Šie pētījumi noveda pie jautājuma: "Kādām attiecībām jābūt starp dažādiem dabas spēkiem, ja pieņemam, ka perpetuum mobile parasti nav iespējams?" 8 . Strādājot pie šīs problēmas, Helmholcs arī nonāca pie enerģijas nezūdamības un pārveidošanas likuma atklāšanas. Viņš uzrakstīja rakstu, ko arī Pogendorfs atteicās publicēt savā žurnālā; tā tika izdota kā atsevišķa grāmata 1847. gadā.

Helmholcs balstās uz labi zināmo “dzīvo spēku” saglabāšanas likumu, kas, protams, ir spēkā centrālajiem spēkiem. Viņš raksta:

“Kad dabas ķermeņi iedarbojas viens uz otru ar pievilcīgiem un atgrūdošiem spēkiem, neatkarīgi no laika un ātruma, tad to dzīvības spēku un spriedzes spēku summa paliek nemainīga, tāpēc iegūtā darba maksimums būs noteikts un ierobežots. vērtība” 9. (Šeit ar “spriegojuma spēku” (Spannkraft) Helmholcs domāja potenciālo enerģiju.)

Tomēr dzīvo spēku saglabāšanas likums darbojas tikai mehānikā un arī tad tikai konservatīvo spēku gadījumā (Helmholcs sākotnēji ierobežoja savu darbību ar centrālajiem spēkiem).

Hermanis Helmholcs

Lai tagad pārietu uz vispārējo “spēku” saglabāšanas likumu (kā Helmholcs, tāpat kā Maijers, sauc enerģiju), viņš uzskata, ka visas dabas parādības galu galā tiek reducēti līdz materiālo ķermeņu kustībai un izvietojumam, starp kuriem darbojas centrālie spēki.

Pagaidām šādā Helmholca argumentācijā nav nekā pēc būtības jauna. Daudzi cilvēki tā domāja pirms viņa un viņa laikā. Un, ja viņš būtu aprobežojies ar šiem apsvērumiem, tad viņa nopelns enerģijas nezūdamības un pārveidošanas likuma atklāšanā būtu samazināts līdz nullei. Galvenais ir tas, ka viņš pētīja, kā, viņaprāt, “dzīvo spēku” nezūdamības likums izpaužas visās fizikālās parādībās: mehānikā, termofizikā, elektrodinamikā utt. Viņš faktiski pētīja transformācijas jautājumu. dažādi veidi enerģiju fiziskajos procesos, lai gan viņš šīs formas uzskatīja par “dzīvā spēka” vai “spriedzes spēka” izpausmi.

Helmholcs vispirms pētīja enerģijas pārveidošanas procesus mehānikas ietvaros, tas ir, kinētiskās enerģijas pārveidošanas procesus potenciālajā enerģijā un otrādi. Pēc tam viņš pārbauda procesus, ar kuriem mehāniskā kustība tiek pārvērsta siltumā, atsaucoties uz Džoula atklāto siltuma mehānisko ekvivalentu. Pēc tam Helmholcs pāriet uz elektriskām parādībām. Viņš noteica, ka uzlādēta kondensatora enerģija ir vienāda ar 1/2 q 2 /c, kur q ir lādiņš un c ir kondensatora kapacitāte. Izlādes laikā šī enerģija tiek pārvērsta siltumā, kas tiek atbrīvota vadītājā, kas aizver kondensatora plāksnes.

Helmholcs pēta arī enerģijas procesus galvaniskajā ķēdē; ņem vērā elektriskās strāvas un ķēdē radītā siltuma darbu (izmantojot Džoula-Lenca likumu), kā arī gadījumu, kad ķēdē ir iekļauts termoelements.

Ņemot vērā elektromagnētiskās parādības, izmantojot enerģijas nezūdamības likumu, Helmholcs saņēma elektromagnētiskās indukcijas likuma izteiksmi. Viņš uzskatīja slēgtu ķēdi ar strāvu un magnētu, kas pārvietojas šīs strāvas ietekmē. Īsā laika posmā dt sistēmā notiek šādas izmaiņas. Pirmkārt, akumulators, kas atbalsta strāvu I ķēdē, rada darbu, kas vienāds ar εldt, kur ε ir akumulatora elektromotora spēks. Otrkārt, šajā laika periodā ķēdē tiek atbrīvots siltuma daudzums, kas vienāds ar I 2 Rdt, kur R ir ķēdes pretestība. Un visbeidzot mainās magnēta un ķēdes relatīvais stāvoklis ar strāvu, kas, kā uzskatīja Helmholcs, noved pie magnēta “dzīvā spēka” izmaiņām. Šī “dzīvā spēka” izmaiņām jābūt vienādām ar IdV, kur V ir Neimaņa ieviestā potenciālā funkcija. Saskaņā ar “spēka” saglabāšanas likumu vienlīdzība ir jāizpilda

No tā izriet, ka ķēdē tiek ierosināts elektromotora indukcijas spēks, kas vienāds ar -dV/dt. Ja ņemam vērā, ka V vērtība ir vienāda ar magnētiskās indukcijas plūsmu caur ķēdi, tad, kā redzam, ir iegūts elektromagnētiskās indukcijas likums 10.

Darba noslēgumā Helmholcs pakavējas pie jautājuma par “spēka” saglabāšanas principa piemērojamību organiskiem procesiem un risina to pozitīvi. Nobeigumā viņš raksta:

“Domāju, ka iesniegtie dati pierāda, ka minētais likums nav pretrunā nevienam no dabaszinātnēs zināmajiem faktiem un ir pārsteidzoši apstiprināts liels skaits viņu... pilnīga (likuma - B.S.) apstiprināšana... jāuzskata par vienu no fizikas tuvākās nākotnes galvenajiem uzdevumiem" 11

Helmholca darbs tika uzņemts vairāk nekā vēsi. Pats Helmholcs savos memuāros rakstīja:

“Es biju... zināmā mērā pārsteigts par pretestību, ko sastapu speciālistu vidū; Man atteica darbu Pogendorfas Annalenā, un starp Berlīnes akadēmijas locekļiem bija tikai matemātiķis K. G. I. Jacobi, kurš nostājās manā pusē. 12

Tomēr, neskatoties uz auksto uztveri, ar kādu sākotnēji saskārās Meijera, Helmholca un Džoula darbi, viņu vispārējā ideja kļuva arvien plašāka un pielietojama fizikālās izpētes praksē. Zinātnieku prātus pamazām pārņem ideja, ka ir atklāts jauns, ļoti svarīgs fiziskais likums un vēl jo vairāk vispārējs dabaszinātņu likums. Mayer, Joule un Helmholtz pamatprincipu izstrādē svarīga loma spēlēja angļu zinātnieku V. Tomsona, V. Dž. Rankina un vācu fiziķa R. Klausiusa darbi.

Pirmkārt, enerģijas nezūdamības un pārveidošanas likuma atklāšanai bija izšķiroša loma turpmākajos pētījumos par siltuma pārvēršanas darbā procesiem, kas noveda pie termodinamikas pamatu radīšanas. Enerģijas nezūdamības un transformācijas likums tiek pielietots arī citās fizikas jomās, piemēram, elektrodinamikas pētījumos.

Jau 1848. gadā V. Tomsons, paļaujoties uz Džoula darbu, elektromagnētiskās indukcijas fenomenam piemēroja enerģijas nezūdamības un transformācijas likumu. Viņš parādīja (neatkarīgi no Helmholca), ka " vispārējs darbs, ko iztērē elektromagnētisko indukciju izraisošās kustības produktam, jābūt līdzvērtīgam strāvas zaudētajam mehāniskajam efektam” 13.

Vēlāk Tomsons, izmantojot enerģijas nezūdamības un transformācijas likumu, atkal pētīja elektromagnētiskās indukcijas fenomenu un pēc tam pašindukcijas fenomenu, konstatējot, ka vadītāja enerģiju ar strāvu var izteikt ar formulu Li 2 12 2 , kur L ir lielums, kas ir atkarīgs tikai no vadītāja ģeometrijas (vēlāk saukts par pašindukcijas koeficientu). Pētot jautājumu par magnētu un strāvu enerģiju, Tomsons 1853. gadā izteica šo enerģiju tilpuma pārņemtā integrāļa veidā.

1852. gadā Klausijs piemēroja enerģijas nezūdamības un pārveidošanas likumu elektriskām parādībām. Savā darbā “Par elektriskās izlādes mehānisko ekvivalentu un vadītāju sildīšanu, kas notiek šī procesa laikā”, Clausius rakstīja:

"...tāpat kā mehānisku darbu var veikt ar karstumu, elektriskā strāva var radīt daļēji mehānisku darbību un daļēji siltumu." 14 .

Tajā pašā gadā Klausijs piemēroja enerģijas nezūdamības likumu enerģijas procesiem līdzstrāvas ķēdē, bet nākamajā gadā - termoelektriskajām parādībām.

Papildus Tomsonam un Clausiusam Rankine strādāja pie enerģijas nezūdamības un pārveidošanas likuma izstrādes un piemērošanas. Viņš bija pirmais, kurš plaši izmantoja terminu “enerģija” un mēģināja dot enerģijas jēdzienam vispārīgu definīciju. Ar enerģiju Rankine saprot spēju ražot darbu. Definējot enerģijas jēdzienu, viņš 1855. gadā rakstīja: “Jēdziens “enerģija” nozīmē jebkuru vielas stāvokli, kas sastāv no spējas radīt darbu”; “enerģijas daudzumu mēra pēc darba apjoma” 15, ko tas spēj saražot. Pat agrāk, 1853. gadā, Rankine sadalīja enerģiju “Aktuālajā” un “Potenciālajā”. Viņš uzrakstīja:

“Faktiskā jeb jūtamā enerģija ir izmērāms, pārnesams un konvertējams stāvoklis, kas liek vielai mainīt savu stāvokli... Kad notiek šādas izmaiņas, faktiskā enerģija pazūd un tiek aizstāta ar potenciālo jeb latento enerģiju, ko mēra stāvokļa izmaiņu lielums, pretestība, pret kuru šīs izmaiņas tiek veiktas" 16 .

Ar "faktisko" enerģiju Rankine ietver "dzīvu spēku", siltumu, izstarojošo siltumu, gaismu, ķīmisko darbību un elektrisko strāvu, kas ir tās dažādās formas; potenciālajai enerģijai - “mehāniskais gravitācijas spēks”, elastība, ķīmiskā afinitāte, statiskās elektrības enerģija un magnētisms.

Tomsons, kurš pirmo reizi izmantoja terminu "faktiskā enerģija", ko ieviesa Rankine, pēc tam aizstāja to ar "kinētisko enerģiju".

Jau 50. gados enerģijas nezūdamības un transformācijas likums tika atzīts par vispārēju dabas likumu, kas aptver visas fiziskās parādības. Tagad sākas debates par tās atklāšanas prioritāti. Viss sākās ar nelielu pretrunu starp Mayer un Joule franču žurnāla “Comptes rendus” lappusēs 1847.–1849. par prioritāti siltuma mehāniskā ekvivalenta atklāšanā. 1849. gadā Vācijā diezgan plaši izplatīts laikraksts īpaši izteicās pret Mejeru, raksturojot viņu kā amatieru, un brīdināja sabiedrību no "Dr. Mayer kunga iedomātā atklājuma", norādot, ka viņa argumentācijas iespējamā nekonsekvence jau ir novērsta. pierādīts ar autoritatīvu zinātnieku aprindām. 1851. gadā Mayer savā rakstā “Par siltuma mehānisko ekvivalentu”, kurā izklāsta atklājuma vēsturi, rakstīja:

"Jaunā teorija drīz sāka piesaistīt zinātnieku uzmanību. Bet, tā kā gan šeit Vācijā, gan ārzemēs to sāka uzskatīt par tikai ārzemju atklājumu, tas mani pamudināja izvirzīt savas tiesības par prioritāti. 17 .

1851. gadā Helmholcs pirmo reizi pieminēja Mayer darbu, un 1852. gadā viņš apstiprināja tā prioritāti enerģijas nezūdamības un pārveidošanas likuma atklāšanā.

"Apgalvojumu par mehānisko spēku darba neiznīcināmību un dažādu dabas spēku līdzvērtību noteiktam mehāniskā darba apjomam," rakstīja Helmholcs, "pirmo reizi izteica Mayer" 18.

“Viņš izvēlējās Mejera darbus par sava referāta tēmu un sev ierastajā aizraujošajā formā izklāstīja visus Meijera darbu galvenos secinājumus. Kad sabiedrība, kuru ļoti interesēja šis jautājums, dabiski vēlējās uzzināt, kam pieder viss šis pētījums, Tindals nosauca cilvēku, kurš, dzīvodams nelielā Vācijas pilsētiņā, bez jebkāda zinātniska atbalsta vai iedrošinājuma, ar apbrīnojamu enerģiju un neatlaidību strādāja, lai attīstītu savu spožumu. domas" 20 .

Angļu fiziķis Taits asi iebilda pret Mayera prioritātes atzīšanu žurnālā “Good Words”. Iebilstot Tindalam, viņš atteicās atzīt Mayera nopelnus. Starp Taitu un Tindalu izveidojās strīds. Helmholcs un Klausijs atbildēja uz to. Ja Helmholcs ļoti piesardzīgi aizstāvēja Maijeru, Klausiuss asi iebilda Taitam par vienu no viņa rakstiem. Viņš rakstīja, ka šis raksts var tikai kaitēt

“Jums ir tik augsta zinātniskā reputācija. Jebkurš lasītājs no pirmā acu uzmetiena redzēs, ka tas nav objektīvs, vēsturisks jautājuma izklāsts, ko vajadzētu sagaidīt no jūsu ranga zinātnieka, bet gan partizaniskuma piesātināts raksts, kas rakstīts tikai dažu indivīdu slavināšanai. 21 .

Pēc tam Tets turpināja iebilst pret Mayer prioritāti. 1876. gadā viņš rakstīja:

"... ir pienācis laiks ievietot Mayer ... viņa īstajā vietā ... Enerģijas nezūdamības likumu tā vispārējā formā neapstrīdami radīja un eksperimentāli pierādīja Koldings Kopenhāgenā un Džouls Mančestrā." 22 .

Vācijā, lai gan Klausiuss un zināmā mērā Helmholcs nostājās Maijera pusē, Majers joprojām tika pakļauts uzbrukumiem, kas dažkārt izpaudās kā tenkas. 1858. gadā izplatījās baumas par viņa iespējamo nāvi. Pogendorfs savā lielajā biogrāfiskajā vārdnīcā (1863) vairāk nekā pieticīga raksta par Maijeru noslēgumā rakstīja: “...šķiet, ka ap 1858. gadu viņš nomira psihiatriskajā slimnīcā. Tiesa, grāmatas beigās viņš ievietoja papildu “sertifikātu” par Mejeru: “Nav miris..., bet joprojām dzīvs” 23.

Visbeidzot, Mayer prioritāti aizstāvēja E. Dīrings 24, kurš vienlaikus noniecināja Džoula un Helmholca lomu enerģijas nezūdamības un pārveidošanas likuma atklāšanā, kas arī nepalīdzēja nostiprināt Mayer prioritāti.

Cīņa ap Maijera prioritāti bija saistīta ar cīņu par paša enerģijas nezūdamības un transformācijas likuma būtības izpratni. Meijers pievērsās šī likuma izpratnei no plašākas filozofiskas pozīcijas nekā daudzi viņa laikabiedri un īpaši zinātnieki, piemēram, Taits, kuri pieturējās pie šauri empīriskā skatījuma uz zināšanām. Meijers neapšaubāmi bija revolucionārs zinātnē, vairākos jautājumos viņš ieņēma spontāni dialektisku pozīciju, kas nebija saprotama daudziem viņa laikabiedriem, kuri nespēja attālināties no metafiziskā pasaules uzskata.

Engelss bija pirmais, kurš pareizi novērtēja Mayera nopelnus. Izsakot cieņu Helmholcam, Engelss tomēr norādīja:

"...Jau 1842. gadā Majers apgalvoja "spēka neiznīcināmību", un 1845. gadā, balstoties uz savu jauno viedokli, viņš spēja komunicēt daudz spilgtākas lietas par "dažādu dabas procesu attiecībām" nekā Helmholcs. 1847. gadā." 25 .

Citur Engels atzīmēja:

“...kustības kvantitatīvo noturību izteica jau Dekarts un gandrīz tādos pašos izteicienos kā tagad (Klausiuss, Roberts Maijers?). Bet kustības formas transformācija tika atklāta tikai 1842. gadā, un tas, nevis kvantitatīvās konstantes likums, ir jauns. 26 .

Mayer bija tas, kurš pirmais uzsvēra dažādu enerģijas veidu kvalitatīvu transformāciju esamību savā starpā, nevis vienkārši apgalvoja tās kvantitatīvo noturību. Tas bija vissvarīgākais no vispārējā pasaules skatījuma noteiktajā enerģijas nezūdamības un pārveidošanas likumā, un tieši šis apstāklis ​​izvairījās no daudzu tā laika zinātnieku uzmanības, kuri mēģināja vienkārši rezumēt. jauns likums vispārējā mehāniskā pasaules skatījumā, interpretējot to, līdzīgi kā Helmholcu, kā dzīvo spēku nezūdamības likuma izpausmi.

Enerģijas nezūdamības un pārveidošanas likuma ieviešana bija revolucionārs solis fiziskās zinātnes un zinātnes attīstībā kopumā. Šis likums savienoja visas fiziskās parādības kopā, likvidējot metafiziskās barjeras starp atsevišķām fizikas jomām, ko nodrošināja doktrīna par “bezsvara”, kas tagad ir beigusies. “Bezsvara” matērija beidzot tika izslēgta no fizikas. Engels rakstīja:

“...fiziskie spēki – šie, tā sakot, nemainīgie fizikas “veidi” – ir pārvērtušies matērijas kustības formās, kas dažādos veidos tiek diferencētas un transformējas viena par otru pēc noteiktiem likumiem. Tādu un tik daudzu fizisko spēku klātbūtnes nejaušība tika izslēgta no zinātnes, jo tika pierādīta to savstarpējā saistība un pārejas vienam otrā. 27 .

Engels pievienots liela nozīme Enerģijas nezūdamības un transformācijas likuma izveidošana pareizam dialektiski materiālistiskajam pasaules skatījumam, pielīdzinot to šūnas atklāšanā un Darvina teorijai:

"Pateicoties šiem trim lieliskajiem atklājumiem un citiem milzīgajiem dabaszinātņu panākumiem," viņš rakstīja. - mēs tagad kopumā varam atklāt ne tikai saikni, kas pastāv starp dabas procesiem tās atsevišķajās teritorijās, bet arī to, kas pastāv starp šīm atsevišķajām teritorijām. Tādējādi, izmantojot pašas empīriskās dabaszinātnes sniegtos faktus, diezgan sistemātiskā veidā ir iespējams sniegt vispārēju priekšstatu par dziņām kā vienotu veselumu. 28 .

1 Mayer R. Enerģijas nezūdamības un transformācijas likums. M. - L., GTTI, 1933, 1. lpp. 62.
2 Mayer R. Enerģijas nezūdamības un pārveidošanas likums, lpp. 68-69.
3 Turpat, lpp. 85-86.
4 Mayer R. Enerģijas nezūdamības un pārveidošanas likums, lpp. 130.
5 Goule G. Zinātniskie raksti. Vol. 1, Londona, 1884, 1. lpp. 120.
6 Džouls J. Zinātniskie raksti, sēj. 1. lpp. 146.
7 Turpat, lpp. 270-271.
8 Helmholcs G. Par spēka saglabāšanu. M., GTTI, 1922, 1. lpp. 69-70.
9 He1mho11z N. Wissenschaftiche Abhandlungen. V. I. Leipciga, 1882. SS. 26.-27.
10 Šo Helmholca secinājumu nevar uzskatīt par pareizu. Maksvels vērsa uzmanību uz to (sk.: Maxwell J.K. Izvēlētie darbi par elektromagnētiskā lauka teoriju. M., Gostekhizdat, 1952, 403.-405. lpp.).
11 Helmholtz G. Par spēka saglabāšanu. M. - L., GTTI, 1934, 115. lpp.
12 Turpat, lpp. 124.
13 Thomson W. Matemātiskie un fiziskie raksti. Vol. 1, Kembridža, 1882. gads. lpp. 91.
14 Clausius R. Ann. Fizik. B. 86, 1852, s. 337.
15 Rankin W. Dažādi zinātniskie raksti. Londona, 1881, 1. lpp. 217.
16 Turpat.
17 Mayer P. Enerģijas nezūdamības un pārveidošanas likums, lpp. 279.
18 He1mho11z N. Fortschritte der Physik, V. Gahrgang, 1853, s. 241.
19. Clausiusam līdz 1862. gadam bija zems viedoklis par Mayeru. Tindala vēstule, kurā viņš lūdza tikt informēts par Manera rakstiem, piespieda Klausiusu detalizēti izpētīt Maijera darbus, kā rezultātā viņš krasi mainīja savu viedokli. Viņš informēja Tyndall par to, nosūtot viņam Mayer rakstītos darbus.
20 Rozenbergers F. Fizikas vēsture, III daļa, izdevums. II. M.-JI., ONTI, 1936, 1. lpp. 55-56.
21 Turpat, lpp. 57.
22 Turpat, lpp. 54.
23 Turpat.
24 E. Robert Mayer laikā, der Galilei des 19. Jahrhunderts, Chemnitz,. 1880. gads.
25 Markss K., Engelss F. Sočs. Ed. 2. T. 20, lpp. 400.
26 Turpat, lpp. 5
27 Markss K., Engelss F. Sočs. Ed. 2-e, T. 20, lpp. 353.
28 Markss K., Engelss F. Soch. Ed. 2. T 21, lpp. 304.

Enerģijas nezūdamības un transformācijas likums ir viens no svarīgākajiem fizikas postulātiem. Apskatīsim tā parādīšanās vēsturi, kā arī galvenās pielietošanas jomas.

Vēstures lappuses

Vispirms noskaidrosim, kurš atklāja enerģijas nezūdamības un pārveidošanas likumu. 1841. gadā angļu fiziķis Džouls un krievu zinātnieks Lencs veica paralēlus eksperimentus, kuru rezultātā zinātnieki varēja praksē noskaidrot attiecības starp mehānisko darbu un siltumu.

Daudzi pētījumi, ko fiziķi veica dažādās mūsu planētas vietās, noteica enerģijas saglabāšanas un pārveidošanas likuma atklāšanu. Deviņpadsmitā gadsimta vidū vācu zinātnieks Mayer sniedza savu formulējumu. Zinātnieks mēģināja apkopot visu tajā laikā pastāvošo informāciju par elektrību, mehānisko kustību, magnētismu un cilvēka fizioloģiju.

Aptuveni tajā pašā laika posmā līdzīgas domas izteica Dānijas, Anglijas un Vācijas zinātnieki.

Eksperimenti ar siltumu

Neskatoties uz daudzveidīgajām idejām par siltumu, pilnīgu izpratni par to sniedza tikai krievu zinātnieks Mihails Vasiļjevičs Lomonosovs. Viņa laikabiedri neatbalstīja viņa idejas, viņi uzskatīja, ka siltums nav saistīts ar mazāko daļiņu kustību, kas veido matēriju.

Lomonosova ierosinātais mehāniskās enerģijas saglabāšanas un pārveidošanas likums tika atbalstīts tikai pēc tam, kad eksperimentu laikā Rumfoordam izdevās pierādīt daļiņu kustības klātbūtni matērijā.

Lai iegūtu siltumu, fiziķis Deivijs mēģināja izkausēt ledu, berzējot divus ledus gabalus vienu pret otru. Viņš izvirzīja hipotēzi, saskaņā ar kuru siltums tika uzskatīts par vielas daļiņu svārstību kustību.

Pēc Mayera domām, enerģijas saglabāšanas un pārveidošanas likums pieņēma to spēku nemainīgumu, kas izraisa siltuma parādīšanos. Šo ideju kritizēja citi zinātnieki, kuri atgādināja, ka spēks ir saistīts ar ātrumu un masu, tāpēc tā vērtība nevar palikt nemainīga.

Deviņpadsmitā gadsimta beigās Majers apkopoja savas idejas brošūrā un mēģināja atrisināt aktuāla problēma siltumu. Kā tajā laikā tika izmantots enerģijas nezūdamības un transformācijas likums? Mehāniskas nebija vienprātība par enerģijas iegūšanas un pārveidošanas metodēm, tāpēc līdz deviņpadsmitā gadsimta beigām šis jautājums palika atklāts.

Likuma iezīme

Enerģijas nezūdamības un pārveidošanas likums ir viens no pamatlikumiem, kas noteiktos apstākļos ļauj izmērīt fizikālie lielumi. To sauc par pirmo termodinamikas likumu, kura galvenais mērķis ir šī daudzuma saglabāšana izolētas sistēmas apstākļos.

Enerģijas nezūdamības un pārveidošanas likums nosaka saikni starp siltumenerģijas daudzumu, kas nonāk dažādu vielu mijiedarbības zonā, un daudzumu, kas atstāj šo zonu.

Viena enerģijas veida pāreja uz citu nenozīmē, ka tā pazūd. Nē, tiek novērota tikai tā transformācija citā formā.

Šajā gadījumā pastāv attiecības: darbs – enerģija. Enerģijas nezūdamības un transformācijas likums pieņem šī daudzuma (tā kopējā daudzuma) nemainīgumu jebkuros šajā vidē notiekošos procesos, kas norāda, ka viena veida pārejas procesā uz otru tiek ievērota kvantitatīvā ekvivalence. Lai sniegtu dažādu kustību veidu kvantitatīvu aprakstu, fizikā tika ieviesta kodolenerģija, ķīmiskā, elektromagnētiskā un siltumenerģija.

Mūsdienīgs formulējums

Kā mūsdienās tiek lasīts enerģijas nezūdamības un transformācijas likums? Klasiskā fizika piedāvā šī postulāta matemātisku attēlojumu termodinamiskas slēgtas sistēmas stāvokļa vispārināta vienādojuma veidā:

Šis vienādojums parāda, ka slēgtas sistēmas kopējā mehāniskā enerģija tiek noteikta kā kinētiskās, potenciālās un iekšējās enerģijas summa.

Enerģijas saglabāšanas un pārveidošanas likums, kura formula tika parādīta iepriekš, izskaidro šī fiziskā daudzuma nemainīgumu slēgtā sistēmā.

Matemātiskā apzīmējuma galvenais trūkums ir tā atbilstība tikai slēgtai termodinamiskai sistēmai.

Atvērtās sistēmas

Ja ņemam vērā pieauguma principu, ir pilnīgi iespējams paplašināt enerģijas nezūdamības likumu uz atvērtas cilpas fiziskajām sistēmām. Šis princips iesaka matemātiskos vienādojumus, kas saistīti ar sistēmas stāvokļa aprakstu, pierakstīt nevis absolūtos skaitļos, bet gan to skaitliskās inkrementos.

Lai pilnībā ņemtu vērā visas enerģijas formas, klasiskajam ideālas sistēmas vienādojumam tika ierosināts pievienot enerģijas pieauguma summu, ko izraisa analizējamās sistēmas stāvokļa izmaiņas dažādu sistēmas formu ietekmē. lauks.

Vispārinātā versijā tas izskatās šādi:

dW = Σi Ui dqi + Σj Uj dqj

Tieši šis vienādojums mūsdienu fizikā tiek uzskatīts par vispilnīgāko. Tas kļuva par enerģijas saglabāšanas un pārveidošanas likuma pamatu.

Nozīme

Zinātnē šim likumam nav izņēmumu, tas regulē visas dabas parādības. Pamatojoties uz šo postulātu, var izvirzīt hipotēzes par dažādiem dzinējiem, tostarp atspēkošanu par mūžīgā mehānisma attīstības realitāti. To var izmantot visos gadījumos, kad nepieciešams izskaidrot viena enerģijas veida pārejas uz citu.

Pielietojums mehānikā

Kā šobrīd tiek lasīts enerģijas nezūdamības un transformācijas likums? Tās būtība slēpjas viena šī daudzuma veida pārejā uz citu, bet tajā pašā laikā tā vispārīga nozīme paliek nemainīgs. Tās sistēmas, kurās tiek veikti mehāniskie procesi, sauc par konservatīvām. Šādas sistēmas ir idealizētas, tas ir, tās neņem vērā berzes spēkus un citus pretestības veidus, kas izraisa mehāniskās enerģijas izkliedi.

Konservatīvā sistēmā notiek tikai savstarpējas potenciālās enerģijas pārejas kinētiskajā enerģijā.

Spēku darbs, kas iedarbojas uz ķermeni šādā sistēmā, nav saistīts ar ceļa formu. Tās vērtība ir atkarīga no ķermeņa galīgās un sākotnējās pozīcijas. Kā piemēru šāda veida spēkiem fizikā tiek aplūkota gravitācija. Konservatīvā sistēmā spēka veiktā darba apjoms slēgtā posmā ir nulle, un enerģijas nezūdamības likums būs spēkā šādā formā: “Konservatīvā slēgtā sistēmā potenciālās un kinētiskās enerģijas summa. ķermeņi, kas veido sistēmu, paliek nemainīgi.

Piemēram, ķermeņa brīvā kritiena gadījumā potenciālā enerģija tiek pārvērsta kinētiskā formā, savukārt šo tipu kopējā vērtība nemainās.

Beidzot

Mehānisko darbu var uzskatīt par vienīgo veidu mehāniskās kustības savstarpējai pārejai uz citām matērijas formām.

Šis likums ir atradis pielietojumu tehnoloģijā. Pēc automašīnas dzinēja izslēgšanas pakāpeniski tiek zaudēta kinētiskā enerģija, kam seko automašīnas apstāšanās. Pētījumi liecina, ka šajā gadījumā izdalās noteikts siltuma daudzums, tāpēc berzes ķermeņi uzsilst, palielinot to iekšējo enerģiju. Berzes vai jebkādas kustības pretestības gadījumā tiek novērota mehāniskās enerģijas pāreja uz iekšējo vērtību, kas norāda uz likuma pareizību.

Tā mūsdienu formulējums izskatās šādi: “Izolētas sistēmas enerģija nekur nepazūd, nerodas no nekurienes. Jebkurā sistēmā pastāvošajā parādībā notiek pāreja no viena enerģijas veida uz citu, pāreja no viena ķermeņa uz otru bez kvantitatīvām izmaiņām.

Pēc šī likuma atklāšanas fiziķi neatmet domu par mūžīgās kustības mašīnas izveidi, kurā slēgtā ciklā nemainītos siltuma daudzums, ko sistēma nodod apkārtējai pasaulei. , salīdzinot ar no ārpuses saņemto siltumu. Šāda mašīna varētu kļūt par neizsmeļamu siltuma avotu, risinājuma veidu enerģijas problēma cilvēce.

V.I.Ļeņins norādīja, ka zināšanu attīstība notiek spirālē. Pienāk laiks, kad zinātne atgriežas pie jau izteiktām idejām. Bet šī atgriešanās notiek uz jaunu, vairāk augsts līmenis, kam pirms tam bija ilga vēsturiska zināšanu pieredze. Ļeņins norādīja, ka mēģinājumi saglabāt dominējošās idejas, turpināt zinātnes kustību taisnā līnijā noved pie zināšanu pārkaulošanās, reakcijas, ideālisma. Ļeņina domas par zināšanu attīstību spoži apstiprina enerģijas nezūdamības likuma atklāšanas vēsture.

Uzskati par siltumu kā mazāko “nejūtīgo” matērijas daļiņu kustības veidu tika izteikti jau 17. gadsimtā. f. Bekons, Dekarts, Ņūtons, Huks un daudzi citi nonāca pie domas, ka siltums ir saistīts ar matērijas daļiņu kustību. Bet Lomonosovs šo ideju attīstīja un aizstāvēja pilnīgi un droši. Tomēr viņš bija viens, viņa laikabiedri nostājās kaloriju jēdziena pusē, un, kā redzējām, šo koncepciju piekrita daudzi izcili 19. gadsimta zinātnieki.

Šķiet, ka eksperimentālās termofizikas un galvenokārt kalorimetrijas panākumi liecina par labu kalorijām. Bet tas pats XIX gs. radīja vizuālus pierādījumus par saistību starp siltumu un mehānisko kustību. Protams, tas, ka siltumu rada berze, ir zināms kopš neatminamiem laikiem. Siltuma piekritēji šajā parādībā saskatīja kaut ko līdzīgu ķermeņu elektrifikācijai ar berzi – berze palīdz izspiest no ķermeņa kalorijas. Tomēr 1798. gadā Bendžamins Tompsons (1753-1814), kurš 1790. gadā kļuva par grāfu Rumfordu, Minhenes militārajās darbnīcās veica svarīgu novērojumu: urbjot kanālu lielgabala stobrā, liels skaits karstums. Lai precīzi izpētītu šo parādību, Rumfords eksperimentēja ar kanāla urbšanu cilindrā, kas izgatavots no ieroča metāla. Izurbtajā kanālā tika ievietots neass urbis, cieši piespiests pie kanāla sienām un iedarbināts rotācijā. Cilindrā ievietotais termometrs parādīja, ka 30 minūšu laikā pēc darbības temperatūra ir paaugstinājusies par 70 grādiem pēc Fārenheita. Rumfords atkārtoja eksperimentu, iegremdējot cilindru un urbi ūdens traukā. Urbšanas procesā ūdens uzkarsa un vārījās pēc 2,5 stundām. Rumfords uzskatīja, ka šis eksperiments ir pierādījums tam, ka siltums ir kustības veids.

Deivis atkārtoja savus eksperimentus par siltuma iegūšanu ar berzi. Viņš izkausēja ledu, berzējot divus gabalus vienu pret otru. Dāvijs nonāca pie secinājuma, ka kaloriju hipotēze ir jāatmet un siltums jāuzskata par vielas daļiņu svārstību kustību. Šo hipotēzi atbalstīja Jungs. 1837. gadā vācu farmaceits (kopš 1867. gada farmakoloģijas profesors) Frīdrihs Mors (1806-1879) nosūtīja žurnāla Annalen der Physik redaktoram Pogendorfam rakstu "Par siltuma dabu". Viņš to nepieņēma, atsaucoties uz faktu, ka rakstā nebija jaunu eksperimentālu pētījumu. Tajā vairāk skaidri norādīja, ka siltums ir kustības veids.

Mēs redzējām, kā Faradejs strīdējās ar kontaktu teorijas piekritējiem 1839.–1840. apgalvoja ideju par spēku pārveidošanu, saglabājot to nemainīgo kvantitatīvo vērtību, Faradeja domāšanas raksturs krasi atšķīrās no profesionāliem zinātniekiem. Tāpēc mēs varam pamatoti apgalvot, ka ideja par enerģijas saglabāšanas un pārveidošanas likumu nav nobriedusi fiziķu vidū. Un ne jau speciālistiem bija izšķirošā loma lielā likuma apstiprināšanā. Doktors Maijers, alus darītājs Džouls, ārsts Helmholcs – tie ir trīs cilvēki, kuriem zinātnes vēsture uz visiem laikiem ir nodrošinājusi enerģijas nezūdamības un pārveidošanas likuma atklājēju slavu.

Mayer. Julius Robert Mayer dzimis 1814. gada 25. novembrī Heilbronnā farmaceita ģimenē. Viņš saņēma medicīniskā izglītība un devās kā kuģa ārsts uz salu. Java (pirms tam vairākus mēnešus strādāja Parīzes klīnikās). Gadu ilga ceļojuma laikā (1840-1841) ārsts Majers nonāca pie sava lielā atklājuma. Pēc viņa teiktā, šādu secinājumu rosināja novērojumi par asins krāsas izmaiņām cilvēkiem tropos. Veicot neskaitāmas asins noliešanas reidā Batavijā, Majers pamanīja, ka "no rokas vēnas izplūdušajām asinīm bija tik neparasts apsārtums, ka, spriežot pēc krāsas, es varētu domāt, ka esmu saskārusies ar artēriju". No tā viņš secināja, ka “temperatūras starpībai starp paša ķermeņa siltumu un apkārtējās vides siltumu jābūt kvantitatīvā saistībā ar abu asins veidu, t.i., arteriālo un venozo, krāsas atšķirību... Šī krāsu atšķirība ir skābekļa patēriņa daudzuma vai organismā notiekošo sadegšanas procesa spēku izpausme."

Majera laikā bija plaši izplatīta doktrīna par ķermeņa dzīvības spēku (vitalismu). Dzīvs organisms darbojas, pateicoties tam, ka tajā atrodas īpašs vitalitāte. Tādējādi fizioloģiskie procesi tika izslēgti no fizikālo un ķīmisko likumu sfēras, un tos noteica noslēpumainais vitalitāte. Mayer ar saviem novērojumiem parādīja, ka ķermeni pārvalda dabiskie fizikālie un ķīmiskie likumi un galvenokārt enerģijas saglabāšanas un pārveidošanas likumi. Atgriezies no ceļojuma, viņš nekavējoties uzrakstīja rakstu “Par spēku kvantitatīvo un kvalitatīvo noteikšanu”, ko 1841. gada 16. jūnijā nosūtīja žurnālam “Annals...” Pogendorfam. Viņš rakstu nepublicēja un autoram neatdeva, tas nogulēja uz viņa rakstāmgalda 36 gadus, kur tas tika atklāts pēc Pogendorfa nāves.

Pogendorfam bija iemesls būt skarbam pret Mayera darbu. Lieliskā ideja tajā parādās vēl neskaidrā formā, rakstā ir neskaidri un pat kļūdaini apgalvojumi. Tajā pašā laikā tajā ir ietverti izcili apgalvojumi, kas liecina par Mayera skaidru izpratni par viņa atklājuma diženumu. Tas sākas ar vispārīgu apgalvojumu, ka "mēs varam atvasināt visas parādības no kāda primārā spēka, kas iedarbojas uz esošo atšķirību iznīcināšanu un visu lietu apvienošanu viendabīgā masā vienā matemātiskā punktā." Tādējādi, pēc Mayera domām, visas kustības un izmaiņas pasaulē rada “atšķirības”, kas rada spēkus, kas cenšas šīs atšķirības iznīcināt. Taču kustība neapstājas, jo spēki ir neiznīcināmi un atjauno atšķirības. "Tādējādi princips, saskaņā ar kuru vienreiz dotie spēki ir kvantitatīvi nemainīgi, tāpat kā vielas, loģiski nodrošina mums atšķirību un līdz ar to arī materiālās pasaules pastāvēšanu."

Šis Mayer ierosinātais formulējums ir viegli pakļauts kritikai. Jēdziens “atšķirība” nav precīzi definēts, nav skaidrs, ko nozīmē termins “spēks”. Tā ir likuma priekšnojauta, nevis paša likuma. Bet no tālākās prezentācijas ir skaidrs, ka ar spēku viņš saprot kustības cēloni, ko mēra ar masas un ātruma reizinājumu. Bet cēloņus mēra ar radīto efektu, tāpēc “šis MC produkts arī precīzi izsaka pašu spēku V; mēs ieliekam V = MC. Meijera kļūda, sajaucot impulsu ar “spēku”, ar kuru viņš vēlāk saprot “kustības enerģiju”, ir acīmredzama. Taču ir ievērojams fakts, ka, ņemot vērā divu vienādas masas ķermeņu sadursmi, kas virzās viens pret otru ar vienādu ātrumu, Meijers apraksta mehāniskās kustības izzušanu no operatora 0 (“nulle”) un uzskata, ka kustība ir 2AC (A ir ķermeņu masa, C ir ātrums) pie absolūtā neelastīgā trieciena nepazuda, bet pārvērtās citā formā, ko viņš apzīmē ar simbolu 02AC un nedaudz vēlāk 02MC. Mayer uzskata, ka šis kustības veids ir siltums un raksta: “Neitralizēta kustība 02MC, jo kustība faktiski nav pretējos virzienos, kalpo kā siltuma izteiksme.

Kustība, siltums un, kā mēs plānojam vēlāk parādīt, elektrība ir parādības, kuras var reducēt līdz vienam spēkam, ko mēra viens ar otru un pārvēršas viens otrā saskaņā ar noteiktiem likumiem.

Tas ir ļoti noteikts un skaidrs spēka, t.i., enerģijas, saglabāšanas un pārveidošanas likuma formulējums. Citāta pirmajā pusē Majers runā par konkrētu likuma piemērošanas gadījumu neelastīga trieciena laikā (“tā kā kustības faktiski nenotiek pretējos virzienos”), pazudusī mehāniskā kustība pārvēršas siltumā. To, par ko domāja Dekarts un jo īpaši Lomonosovs, tagad Maijers izsaka visu kategoriskumu: “...Izraisošais karstums,” viņš raksta, “ir proporcionāls pazudušajai kustībai. Tomēr šajā nepabeigtajā darbā Mayer nenosaka siltuma mehānisko ekvivalentu. Šis novērtējums tika publicēts nākamajā Mayera darbā “Piezīmes par nedzīvās dabas spēkiem”, kas publicēts 1842. gada izdevumā “Annalen der chemie und Pharmazie”.

Šeit Mayer vēlas noskaidrot "spēka" jēdzienu un atrast attiecības starp tiem. Tā kā, pēc Mayera domām, spēki ir cēloņi, uz tiem attiecas vispārējā filozofiskā nostāja: "...causa aequat effectum (cēlonis ir vienāds ar darbību)." Tā kā cēloņu un darbību ķēdē neviens dalībnieks nevar kļūt par nulli, spēki ir neiznīcināmi. Tajā pašā laikā dažādi cēloņi ir vienas un tās pašas būtības izpausmes. "...Cēloņi," saka Mayer, "ir (kvantitatīvi) neiznīcināmi un (kvalitatīvi) spējīgi pārveidot objektus." Pēc Mayera domām, dabā ir divu veidu cēloņi: materiālie un spēki. "Tāpēc spēki ir: neiznīcināmi, transformēties spējīgi, bezsvara objekti."

Pie šādiem objektiem pieder “...svarīgu objektu telpiskā atšķirība”, t.i., to, ko mēs tagad saucam par smaga ķermeņa potenciālo enerģiju gravitācijas laukā. Meijers uzsver, ka šim spēkam, ko viņš dēvē par krītošo spēku, celšana ir ne mazāk nepieciešama kā ķermeņa svars, un ķermeņu krišanu nevar attiecināt tikai uz gravitācijas darbību. Krītošā spēka izzušanu pavada dzīvā spēka parādīšanās, ko Meijers mēra ar masas reizinājumu ar ātruma kvadrātu. Dzīvo spēku saglabāšanas likums mehānikā, pēc Mayer domām, ir balstīts uz "vispārēju likumu par cēloņu neiznīcināmību".

Taču "bezgalīgi daudzos gadījumos" krišanas spēks nepārvēršas kustībā vai kravas pacelšanā, un Meijers uzdod jautājumu: "Kā tālāk var veidoties spēks, ko esam iepazinuši kā krišanas spēku vai kustība var izturēt?" Atbildi uz šo jautājumu sniedz pieredze, kas liecina, ka berze rada siltumu. "...Pazūdošai kustībai," saka Maiers, "daudzos gadījumos... nevar atrast citu efektu kā tikai siltumu, un jaunajam siltumam nav citu iemeslu kā tikai kustība..." Meijers ļoti labi ilustrē šo ideju. Lokomotīves piemērs, kas bija moderns savam laikmetam: "Lokomotīvi ar savu vilcienu var salīdzināt ar destilācijas aparātu: zem katla izšķīdinātais siltums tiek pārvērsts kustībā, un tas atkal kā siltums tiek nogulsnēts uz riteņu asīm."

Jaunā siltumtehnika, kas Kārno ierosināja viņa ievērojamā darba tēmu, arī enerģijas nezūdamības un pārveidošanas likuma radītājiem ieteica viņu lielisko ideju. Lokomotīves attēls, kas parādījās Mayer pirmajā drukātajā darbā, to skaidri apstiprina.

Turklāt Majers uzdod jautājumu par to, "cik liels ir siltuma daudzums, kas atbilst noteiktam krītošā spēka vai kustības daudzumam", tas ir, viņš uzdod jautājumu par darba termisko ekvivalentu. Un, izmantojot sakarību starp gāzu siltumietilpībām pie nemainīga spiediena un nemainīga tilpuma, viņš nonāk pie secinājuma, ka “svara vienības nolaišana no aptuveni 365 m augstuma atbilst vienāda svara ūdens uzsildīšanai no 0 līdz 1°. ” Tādējādi Mayer norādīja pilnībā pareiza metode siltuma mehāniskā ekvivalenta noteikšanu un pareizi novērtēja tā secību (tāpat kā Karno). Zinātnes vēsturē tika atzīmēts šis Mayera nopelns, piešķirot vienādojumam cp - cV = R nosaukumu "Mayera vienādojums".

Īpaši ievērojams ir tas, ka Mayer no sava rezultāta izdarīja absolūti pareizu secinājumu par tvaika dzinēju nepilnībām. "Ja salīdzināsim mūsu labāko tvaika dzinēju labvēlīgo efektu ar šo rezultātu," viņš raksta, "redzēsim, ka tikai ļoti neliela siltuma daļa, kas tiek sadalīta zem katla, faktiski pārvēršas kustībā vai kravas pacelšanā..." Un šeit Meijers izsaka ievērojamu prognozi par nepieciešamību meklēt “izdevīgāku veidu, kā iegūt kustību citā veidā, nekā izmantojot ķīmisko atšķirību starp C un 0, proti, ķīmiski iegūto elektroenerģiju pārvēršot kustībā”.

Mūsdienu elektriskās lokomotīves, kas nomainīja lokomotīves, apstiprināja, ka Mayeram bija taisnība. Taču joprojām neatrisināts ir uzdevums nomainīt iekšdedzes dzinējus automašīnās un traktoros ar elektromotoriem, ko darbina ērti un ekonomiski ķīmiski avoti. Rezumējot, mēs varam teikt, ka, neskatoties uz termina "spēks" neskaidrību, nepareizu dzīvā spēka mēru (tā vietā), šis Mayer darbs pamatoti tiek uzskatīts par fundamentālu enerģijas nezūdamības un pārveidošanas likuma vēsturē. Īpaši svarīga ir Mayer ideja par spēku (enerģijas) kvalitatīvu pārveidošanu, vienlaikus saglabājot to kvantitatīvo saglabāšanu. Majers sīki analizē visus iespējamos enerģijas pārveidošanas veidus brošūrā “Organiskā kustība saistībā ar vielas metabolismu”, kas publicēta Heilbronnā 1845. gadā. Pirmo reizi Meijers domāja publicēt savu rakstu tajā pašā “Ķīmijas un farmācijas gadagrāmatā” kurā tika publicēts 1842. gada raksts ., bet redaktors Lībigs, atsaucoties uz žurnāla pārslodzi ar ķīmiskajiem rakstiem, ieteica nosūtīt rakstu uz Pogendorfa Annals. Majers, saprotot, ka Pogendorfs pret to izturēsies tāpat kā ar 1841. gada rakstu, nolēma par saviem līdzekļiem publicēt rakstu kā brošūru.

Tādējādi Mayer pirmais raksts netika publicēts vispār, otrais tika publicēts ķīmijas žurnālā, ko fiziķi nelasa, bet trešais - privātā brošūrā. Ir pilnīgi skaidrs, ka Mayer atklājums nesasniedza fiziķus, un saglabāšanas likumu atklāja neatkarīgi no viņa un citos veidos citi autori, galvenokārt Džouls un Helmholcs. Ir arī dabiski, ka Mayer iesaistījās strīdā par prioritāti, kas viņu sāpīgi ietekmēja.

Atgriezīsimies pie Mayer brošūras. Tas sākas, norādot, ka matemātika ir plaši izmantota tehnoloģijās un dabaszinātnēs, "kā spēcīga dabaszinātņu pētniecības ass". Tomēr bioloģijā tās ietekme ir nenozīmīga; "plaisa starp matemātisko fiziku un fizioloģiju ir skaidri jūtama." Mayer esejas mērķis ir "izveidot metodi, ar kuras palīdzību būtu iespējams tuvināt šīs divas zinātnes ..."

Atkal var pārsteigt Mayer ieskatu un viņa drosmi, izvēloties mērķi. Tikai mūsu dienās, pateicoties kibernētisko metožu ieviešanai, ir sākusies bioloģijas, matemātikas un tehnoloģiju saplūšana, par ko domāja Majers.

Nolūkā izmantot mehānikas idejas fizioloģijā, Majers sāk ar spēka jēdziena noskaidrošanu. Un šeit viņš atkal atkārto domu par kustības neiespējamību, kas rodas no nekā “Ex nihilo nil fit” (“nekas nerodas no nekā”), spēks ir kustības cēlonis, un kustības cēlonis ir neiznīcināms objekts. "Dotā kvantitatīvā nemainība ir augstākais dabas likums, kas vienlīdz attiecas gan uz spēku, gan uz matēriju," pasludina Majers. Šis formulējums pārsteidzoši atgādina Lomonosova “universālā likuma” formulējumu, ko viņš attiecināja uz “pašiem kustības noteikumiem”.

Ņemiet vērā, ka tika pieņemts Lomonosova un Mayera popularizēšanas universālais saglabāšanas likums kā “augstākais dabas likums”. mūsdienu zinātne, kas formulē daudzus īpašus saglabāšanas likumus kā galveno zinātniskās pētniecības pīlāru.

Maijers uzskata, ka matērijas nezūdamības likums ir ķīmijas prerogatīva, bet spēka saglabāšanas likums – par fizikas prerogatīvu. "Ko ķīmija dod matērijai, fizika dod spēku," raksta Mayer. Viņš saka, ka vienīgais fizikas uzdevums ir spēka dažādo formu izpēte, tā transformācijas apstākļu izpēte. Tātad, ja ķīmija, pēc Mayera domām, ir zinātne par matērijas pārveidi, tad fizika ir zinātne par spēka, t.i., enerģijas pārveidi.

Savā brošūrā Majers uzskaita dažādus spēka veidus. Tas, pirmkārt, ir “dzīvais kustības spēks”, t.i., kustīgu masu kinētiskā enerģija. Otrajā vietā Majers izvirza “krītošo spēku”, t.i., paceltas kravas potenciālo enerģiju. “Kritiena spēka lielumu mēra ar svara un noteiktā augstuma reizinājumu; kustības lielums ir kustīgās masas un tās ātruma kvadrāta reizinājums. Arī abi spēki ir vienoti parastais nosaukums: “mehāniskais efekts”.

Mayer turpina izlaist 1/2 koeficientu kinētiskās enerģijas izteiksmē, bet viņš pareizi sajauc potenciālo un kinētisko enerģiju kā divus mehāniskās enerģijas veidus (mehānisko efektu).

Pieminot cilvēka vēsturisko uzdevumu: izmantot dabas spēkus, lai iegūtu kustību, Meijers savu mūsdienu tehnisko praksi raksturo ar šādiem vārdiem: “Jaunajam laikam piederēja vecajiem spēkiem pievienot vēl vienu jaunu spēku. pasaule - kustīgs gaiss un krītošs ūdens. Šis jaunais spēks, uz kuru mūsu gadsimta cilvēki raugās ar izbrīnu, ir karstums. Un tālāk Mayer saka: "Siltums ir spēks: to var pārvērst mehāniskā efektā." Ieslēgts mūsdienu valodaŠis Mayer paziņojums saka: siltums ir enerģija, tas var veikt mehānisku darbu. Viņš aprēķina lokomotīves, kas velk vilcienu, darbu un nosaka: "Spēks, kas darbojas lokomotīvē, ir siltums."

Majers detalizēti aprēķina siltuma mehānisko ekvivalentu no gāzes siltumietilpību starpības (šis aprēķins bieži ir atveidots skolas fizikas mācību grāmatās) un atrod to, pamatojoties uz Delaroša un Berāra, kā arī Dulonga mērījumiem, kuri noteica attiecību. gaisa siltumietilpība ir 367 kgf m/kcal.( 1 kgf ir iepriekš izmantota darba vienība. Tas ir vienāds ar 9,8 J.)

Mayer sniedz datus par oglekļa siltumspēju un vērš uzmanību uz zemo koeficientu noderīga darbība siltumdzinēji, kuru maksimālā vērtība mūsdienu mašīnās bija 5-6%, bet lokomotīvēs nesasniedza pat vienu procentu.

Pēc tam Mayer pāriet uz elektrību. Viņš uzskata elektrifikāciju ar berzi, elektrofora darbību un norāda, ka šeit "mehāniskā iedarbība tiek pārvērsta elektrībā". Īsi pārrunājis magnētismu, viņš secina: mehāniskās iedarbības tērēšana rada gan elektrisko, gan magnētisko spriegumu. Šeit Mayer analīzei trūkst pilnīguma un skaidrības, kas ir atrodama viņa siltuma un mehāniskās kustības saistību analīzē. Elektrība un magnētisms vēl nebija tik detalizēti pētīti kā siltums, elektriskajiem mērījumiem bija kvalitatīvs raksturs, un pamatjēdzieni nebija skaidri izstrādāti. Jābrīnās par Mayera izcilo intuīciju, kurš saprata, ka šie procesi pakļaujas enerģijas nezūdamības likumam.

Meijers savu analīzi noslēdz ar “ķīmisko spēku”. Interesanti, ka viņš apvieno jautājumu par ķīmisko enerģiju ar jautājumu par enerģiju Saules sistēma. Viņš norāda, ka saules enerģijas (spēka) plūsma, kas parādās arī uz mūsu Zemes, "ir tā pastāvīgi līkumotā atspere, kas uztur visu uz Zemes notiekošo darbību mehānismu kustības stāvoklī". Majers ieskicē ainu par mehānismu, kas nodrošina dzīvību uz Zemes, ūdens un gaisa ciklu saules gaismas ietekmē un saules enerģijas uzkrāšanos dzīvības procesiem.

"Daba," raksta Mayer, "ir izvirzījusi sev uzdevumu noķert gaismu, kas plūst uz Zemi lidojuma laikā, un uzkrāt viskustīgāko spēku, nogādājot to stacionārā stāvoklī. Lai sasniegtu šo mērķi, viņa pārklāja zemes garozu ar organismiem, kuri, dzīvodami, absorbē saules gaismu un, izmantojot šo spēku, rada arvien jaunu ķīmisko atšķirību summu. Šie organismi ir augi.

Tādējādi Mayer atklāja augu kosmisko lomu un izvirzīja zinātnē fotosintēzes problēmu. Ne velti viņa grāmatas rindas, kas veltītas saules enerģijas transformāciju analīzei dzīvos organismos, iedvesmoja izcilo krievu zinātnieku K.A. Timirjazevu, kurš savu grāmatu “Saule, dzīvība un hlorofils” ievadīja ar epigrāfu. no šī Mayer raksta. Timirjazevs šajā grāmatā uzsvēra, ka "oglekļa asimilācijas process, raugoties no Mayera viedokļa, iegūst jaunu un vēl plašāku interesi".

Savu ideju attīstību Maijers pabeidza līdz 1848. gadam, kad brošūrā “Debesu dinamika populārā prezentācijā” viņš pozēja un mēģināja atrisināt vissvarīgāko problēmu par saules enerģijas avotu. Mayer saprata, ka ķīmiskā enerģija nav pietiekama, lai papildinātu milzīgos Saules enerģijas izdevumus. Bet no citiem enerģijas avotiem viņa laikā bija zināma tikai mehāniskā enerģija. Un Majers secināja, ka Saules siltumu papildina meteorītu bombardēšana, kas uz to nepārtraukti krīt no visām pusēm no apkārtējās telpas. Savā 1851. gada darbā “Piezīmes par siltuma mehānisko ekvivalentu” Majers īsi un populāri izklāsta savas idejas par spēka saglabāšanu un pārveidošanu. Šeit viņš pirmo reizi aizstāv savu prioritāti. Viņš atzīst, ka atklājums izdarīts nejauši (novērojums Java), taču "tas joprojām ir mans īpašums, un es nevilcinos aizstāvēt savas prioritātes tiesības". Viņš atsaucas uz savu 1842. gada rakstu, citē to, sniedz siltuma mehāniskā ekvivalenta nozīmi, skaidro savus uzskatus par spēku, ko viņš uzskata par to, ko vēlāk sauca par enerģiju. Meijers arī norāda, ka enerģijas nezūdamības likums, "kā arī tā skaitliskā izteiksme, siltuma mehāniskais ekvivalents, tika publicēti gandrīz vienlaikus Vācijā un Anglijā". Viņš norāda uz Džoula pētījumiem un atzīst, ka Džouls "bez nosacījumiem neatkarīgi atklāja" enerģijas saglabāšanas un pārveidošanas likumu un ka "viņš ir parādā daudzus svarīgus sasniegumus šī likuma turpmākajā pamatošanā un attīstībā". Taču Meijers nevēlas atteikties no tiesībām uz prioritāti un norāda, ka no pašiem viņa darbiem ir skaidrs, ka viņš nedzen efektu. Tomēr tas nenozīmē atteikšanos no tiesībām uz savu īpašumu.

Viņa izteikumu par prioritāti mierīgais un cienīgais tonis maskē dziļo garīgo traumu, ko viņam radīja “veikalu zinātnieku sīkā skaudība” un “vides nezināšana”, uzskata K. A. Timirjazevs. Pietiek pateikt, ka 1850. gadā viņš mēģināja izdarīt pašnāvību, izlecot pa logu, un palika klibs līdz mūža galam. Viņu vajāja avīzēs, pieticīgo un godīgo zinātnieku apsūdzēja diženuma maldos un tika pakļauts piespiedu “ārstēšanai” psihiatriskajā slimnīcā. K.A. Timirjazevs ar sašutumu rakstīja par tiem, kuri vajāja Maijeru un kropļoja viņa dzīvi “tikai tāpēc, ka viņš bija izcils zinātnieks nožēlojamās viduvējības vidē, kas viņu ieskauj”.

Majers nomira 1878. gada 20. martā. Īsi pirms viņa nāves, 1874. gadā, ar nosaukumu “Siltuma mehānika” tika izdots viņa darbu krājums par enerģijas nezūdamības un pārveidošanas likumu. 1876. gadā tika publicēti viņa pēdējie darbi “On the Torricelli Emptiness” un “On the Liberation of Forces”.

Džouls. Mayera plašā, filozofiskā izpratne par enerģijas nezūdamības likumu un likuma vispārināšana uz dzīvības un telpas parādībām mulsināja fiziķus un uzskatīja tos par metafiziskām pārdomām. Taču Džoula eksperimenti, kas tika veikti vienlaicīgi un neatkarīgi no Mayera, nodrošināja stabilu eksperimentālu pamatu Mayera vispārinājumiem.

Džeimss Preskots Džouls, Mančestras alus darītājs, lielas alus darītavas īpašnieks, dzimis 1818. gada 24. decembrī. Viņš agri sāka interesēties par elektrisko izpēti un elektrisko ierīču projektēšanu, ko viņš sistemātiski aprakstīja nelielā īpašā žurnālā. 1841. gada oktobrī viņš publicēja rakstu Filozofijas žurnālā par elektriskās strāvas termisko efektu, kurā konstatēja, ka strāvas radītais siltuma daudzums vadītājā ir proporcionāls strāvas kvadrātam.

Ilgi pirms Džoula līdzīgus pētījumus uzsāka Sanktpēterburgas akadēmiķis E.Kh. Lencs, kurš savu darbu publicēja 1843. gadā ar nosaukumu “Par siltuma ģenerēšanas likumiem ar galvanisko strāvu”. Lencs piemin Džoula darbu, kura publikācija bija pirms Lenca, taču uzskata, ka, lai gan viņa rezultāti "būtībā saskan ar Džoula rezultātiem", tie ir brīvi no likumīgiem iebildumiem, ko rada Džoula darbs.

Lencs rūpīgi pārdomāja un izstrādāja eksperimentālo metodiku, pārbaudīja un pārbaudīja tangensgalvanometru, kas viņam kalpoja kā strāvas mērītājs, noteica izmantoto pretestības mērvienību (atcerieties, ka Ohma likums līdz šim vēl nebija sācis vispārēji lietot), kā arī strāvas un elektromotora spēka vienības, izsakot pēdējo strāvas un pretestības vienībās.

Lencs rūpīgi pētīja pretestību uzvedību, jo īpaši viņš pētīja tā sauktās "pārejas pretestības" esamību pārejas laikā no cietas uz šķidrumu. Šo jēdzienu ieviesa daži fiziķi laikmetā, kad Ohma likums vēl nebija vispārpieņemts. Pēc tam viņš pārgāja uz galveno eksperimentu, kura rezultātus viņš formulēja šādos divos noteikumos:

"1. Vada sildīšana ar galvanisko strāvu ir proporcionāla stieples pretestībai.

2. Vada sildīšana ar galvanisko strāvu ir proporcionāla apkurei izmantotās strāvas kvadrātam.”

Lenca eksperimentu precizitāte un pamatīgums nodrošināja likuma atzīšanu, kas zinātnē ienāca ar Džoula-Lenca likuma nosaukumu.

Džouls savus eksperimentus par siltuma izdalīšanos ar elektrisko strāvu padarīja par sākumpunktu turpmākiem pētījumiem par siltuma un darba saistību. Jau pirmajos eksperimentos viņš sāka uzminēt, ka galvaniskā akumulatora polus savienojošā vadā radušos siltumu rada ķīmiskās pārvērtības akumulatorā, t.i., viņš sāka saskatīt likuma enerģētisko nozīmi. Lai vēl vairāk noskaidrotu jautājumu par “džoula siltuma” izcelsmi (kā tagad sauc elektriskās strāvas radīto siltumu), viņš sāka pētīt siltumu, ko izdala inducētā strāva. Savā rakstā “Par magnetoelektrības termisko ietekmi un siltuma mehānisko efektu”, kas tika prezentēts Lielbritānijas asociācijas sanāksmē 1843. gada augustā, Džouls secināja, ka siltumu var radīt mehānisks darbs, izmantojot magnetoelektrību (elektromagnētisko indukciju), un šis siltums. ir proporcionāls kvadrātveida indukcijas strāvas stiprumam.

Ar krītoša svara palīdzību griežot indukcijas mašīnas elektromagnētu, Džouls noteica sakarību starp krītošā svara darbu un ķēdē radīto siltumu. Kā vidējo mērījumu rezultātu viņš atklāja, ka "siltuma daudzumu, kas spēj pacelt vienu mārciņu ūdens par vienu grādu pēc Fārenheita, var pārvērst mehāniskā spēkā, kas spēj pacelt 838 mārciņas vienas pēdas vertikālā augstumā." Pārvēršot mārciņas un pēdas mērvienības kilogramos un metros un Fārenheita grādus Celsija grādos, mēs atklājam, ka siltuma mehāniskais ekvivalents, ko aprēķina pēc Džoula, ir vienāds ar 460 kgf-m / kcal.

Šis secinājums Džoulu noved pie cita, vispārīgāka secinājuma, ko viņš sola pārbaudīt turpmākajos eksperimentos: “Varenie dabas spēki... ir neiznīcināmi, un... visos gadījumos, kad tiek iztērēts mehāniskais spēks, precīzi līdzvērtīgs daudzums tiek iegūts siltums." Viņš apgalvo, ka dzīvnieku siltums rodas ķīmisko pārveidojumu rezultātā organismā un ka ķīmiskās pārvērtības pašas ir ķīmisko spēku darbības rezultāts, kas rodas no “atomu krišanas”. Tādējādi 1843. gada darbā Džouls nonāk pie tādus pašus secinājumus, kādus iepriekš bija nonācis Mayer.

Britu asociācijas sanāksmē Džoula vēstījums tika uztverts ar neticību. Džoulam vēl nebija 25 gadu, kad viņš nāca klajā ar šiem jaunajiem revolucionārajiem uzskatiem. Tomēr Džouls turpināja pētījumus un 1845. gadā publicēja darbu “Par temperatūras izmaiņām, ko izraisa gaisa kondensācija un retums”. Tāpat kā 1843. gada darbā, eksperimentālā iekārta tika ievietota traukā ar ūdeni, kas kalpoja kā kalorimetrs. Iekārta sastāvēja no spiediena sūkņa un trauka ar saspiestu gaisu. Gaiss tika saspiests līdz 22 atmosfērām, un tika izmērīts izdalītais siltums.

Džouls parādīja sevi kā prasmīgu un pārdomātu eksperimentētāju. Viņš veica pasākumus, lai nodrošinātu nemainīgu ienākošā gaisa temperatūru, ņēma vērā berzes radīto siltumu un atklāja, ka siltuma mehāniskais ekvivalents šajā eksperimentā ir 795 pēdas mārciņas uz kilokaloriju (436 kgf-m/kcal). Tad Džouls ievietoja ūdens traukā divus identiskus traukus, kas savienoti ar cauruli. Vienā no traukiem gaiss tika saspiests līdz 22 atmosfērām, bet no otra tas tika izsūknēts. Kad tika nodibināta saziņa starp abiem kuģiem, tika izmērīta ūdens rezervuāra temperatūra. Tas, kā noteica Džouls, palika nemainīgs. No šī eksperimenta, kas bieži aprakstīts termodinamikas kursos, Džouls secināja, ka siltums nevar būt viela, tas sastāv no ķermeņa daļiņu kustības. No daudziem eksperimentiem par gaisa sildīšanu ar kompresiju Džouls atklāja, ka siltuma mehāniskais ekvivalents ir 798 pēdas mārciņas uz kilokaloriju (438 kgf*m/kcal).

Otrajā 1845. gada darbā un 1847. gada darbā Džouls apraksta daudzus eksperimentus ar ūdens sajaukšanu kalorimetrā. 1850. gadā viņš veica jaunus klasiskus eksperimentus, pēc kuriem viņš konstatēja, ka mehāniskā ekvivalenta vērtība ir 424 kgf*m/kcal.

Džoula eksperimentiem ar lielu interesi sekoja jaunais skotu fiziķis Viljams Tomsons, topošais lords Kelvins. Tomsons jau 1848. gadā uzskatīja, ka “siltuma pārvēršana mehāniskajā enerģijā, iespējams, ir neiespējama un noteikti vēl nav atklāta”. Šķiet dīvaini, ka tvaika dzinēju, tvaika lokomotīvju un tvaikoņu laikabiedrs runā par neiespējamību pārvērst siltumu mehāniskajā enerģijā, bet Tomsons, acīmredzot, runā par ko citu. Viņš raksta: “Šo secinājumu var izdarīt, pamatojoties uz visu, kas ir rakstīts par šo tēmu. Pretēju viedokli pauž Mančestras Džouls, kurš veica vairākus ļoti interesantus eksperimentus par siltuma izdalīšanos šķidrumu berzes laikā; dažas labi zināmas parādības elektromagnētisma jomā, acīmredzot, patiesībā liecina par mehāniskās enerģijas pāreju siltumenerģijā, taču viņš neveica eksperimentus, kuros notiktu apgrieztā transformācija.

Tomsons zināja Kārno darbu, zināja, ka Karno stāvēja uz kaloriju viedokļa. Viņš arī zināja, ka ne Džouls, ne kāds cits nebija veicis eksperimentus, lai pārvērstu siltumu darbā bez atlikuma. Šādi tika iezīmēta pieeja topošajam termodinamikas otrajam likumam. Tomēr Tomsons jau bija dziļi interesējies par Džoula darbiem un 19. gadsimta piecdesmitajiem gadiem. veica slavenu eksperimentu ar viņu, kā rezultātā tika atklāts efekts ar nosaukumu Džouls-Tomsons.

Džouls turpināja savus eksperimentus 60. un 70. gados. 1870. gadā viņš kļuva par komisijas locekli siltuma mehāniskā ekvivalenta noteikšanai. Šajā komisijā bija V. Tomsons, Maksvels un citi zinātnieki. Bet Džouls neaprobežojās tikai ar eksperimentētāja darbu. Viņš izlēmīgi ieņēma siltuma kinētiskās teorijas nostāju un kļuva par vienu no gāzu kinētiskās teorijas pamatlicējiem. Šis Džoula darbs tiks apspriests vēlāk.

Kā jau teicām, Majers Džoulu uzskatīja par vienu no enerģijas nezūdamības un pārveidošanas likuma atklājējiem. Bet tad daudzi jau pretendēja uz prioritāti šajā atklājumā. Dāņu inženieris Ludvigs Augusts Koldings 1843. gadā ziņoja Karaliskajai Kopenhāgenas biedrībai par savu eksperimentu rezultātiem, lai noteiktu mehāniskā darba un siltuma attiecību, ko viņš konstatēja vienāds ar 350. Mayer piemin Holcmanu, kurš 1845. gadā aprēķināja siltuma mehānisko ekvivalentu. izmantojot to pašu metodi kā Mayer. Varētu nosaukt vairākus citus vārdus, kas vienā vai otrā pakāpē bija iesaistīti lielajā atklājumā. Tas viss vēlreiz pierāda, ka likuma atklāšanai ir pienācis laiks un ārsti, inženieri un rūpnīcu īpašnieki nonāca pie tā atklāšanas dažādos veidos. Pretēji ģildes zinātnieku uzskatiem tas daiļrunīgi liek domāt, ka dzīvība un tās prasības ir galvenie zinātnes progresa dzinēji.

Džouls nomira 1889. gada 11. oktobrī, piecus gadus pirms trešā “triādes” dalībnieka Hermaņa Helmholca nāves.

Helmholcs. Helmholcs bija viens no slavenākajiem 19. gadsimta otrās puses fiziķiem, vispāratzīts fizikas zinātnes līderis.

Hermanis Ludvigs Ferdinands Helmholcs dzimis 1821. gada 31. augustā Potsdamas ģimnāzijas skolotāja ģimenē, pilsētā, kas bija kādreizējā Prūsijas karaļu rezidence, tajā pašā Potsdamā, kur 124 gadus pēc viņa dzimšanas notika Potsdamas konference. , kurā fiksēta nacistiskās Vācijas sakāve.

Helmholcs ieguva medicīnisko izglītību, un viņa 1842. gadā aizstāvētā disertācija bija veltīta nervu sistēmas uzbūvei. Šajā darbā divdesmit divus gadus vecais ārsts vispirms pierādīja nervu audu integrālo strukturālo elementu esamību, kurus vēlāk sauca par neironiem.

1843. gadā Helmholcs sāka savu karjeru kā Potsdamas militārais ārsts. Arī huzāru pulka eskadras ķirurgs atrada laiku nodarboties ar zinātni. 1845. gadā viņš devās uz Berlīni, lai sagatavotos valsts eksāmeniem, lai kļūtu par ārstu un šeit cītīgi mācījās Gustava Magnusa mājas fizikas laboratorijā.

Vēl viens no Helmholca skolotājiem Berlīnē bija slavenais fiziologs Johans Millers. Millera žurnālā Helmholcs 1845. gadā publicēja savu darbu “Par vielas izlietojumu muskuļu darbības laikā”. Tajā pašā 1845. gadā jaunie zinātnieki, kas grupējās ap Magnusu un Milleru, izveidoja Berlīnes Fizisko biedrību. Tam pievienojās arī Helmholcs. Kopš 1845. gada biedrība, kas vēlāk pārtapa par Vācijas Fizikas biedrību, sāka izdot pirmo abstrakto žurnālu “Advances in Physics” (“Fortschritte der Physik”).

Tādējādi Helmholca zinātniskā attīstība Berlīnē notika labvēlīgā vidē, kur pieauga interese par dabaszinātnēm. Jau 1847. gadā Berlīnē izdotajā “Fortschritte der Physik in Jahre 1845” pirmajā sējumā Helmholcs publicēja apskatu par fizioloģisko termisko parādību teoriju. 1847. gada 23. jūlijā viņš Berlīnes Fizikas biedrības sēdē uzstājās ar ziņojumu “Par spēka saglabāšanu”. Tāpat kā Mayer, Helmholtz pārcēlās no fizioloģijas uz enerģijas nezūdamības likumu. Tāpat kā Mayer, Pogendorfs nepieņēma Helmholca darbu, un tas tika publicēts kā atsevišķa brošūra 1847. gadā.

Helmholca svinībās viņa 70. dzimšanas dienā viņš 1891. gada 2. novembrī teica runu, kurā aprakstīja savu zinātnisko ceļu. Viņš norādīja, ka Johana Mullera iespaidā viņu sāka interesēt jautājums par noslēpumaina būtne vitalitāte. Pats Millers šajā jautājumā svārstījās starp vitalistu metafizisko mācību un dabaszinātņu pieeju. Pārdomājot šo problēmu, Helmholcs savā pēdējā studiju gadā nonāca pie secinājuma, ka dzīvības spēka teorija “katram dzīvam ķermenim piedēvē tā sauktā perpetuum mobile īpašības”. Perpetuum mobile problēma Helmholcs bija pazīstama jau no skolas gadiem, un studentu gados “brīvajos brīžos... viņš meklēja un caurskatīja Daniela Bernulli, D'Alemberta un citu pagājušā gadsimta matemātiķu darbus. ” "Tādējādi," sacīja Helmholcs, "es saskāros ar jautājumu: "Kādām attiecībām jābūt starp dažādiem dabas spēkiem, ja mēs pieņemam, ka perpetuum mobile parasti nav iespējams?" un tālāk: "Vai visas šīs attiecības patiešām ir piepildītas?" Savā grāmatā par spēka saglabāšanu es gribēju sniegt tikai kritisku novērtējumu un faktu sistemātiku fiziologu interesēs. Helmholcs sacīja, ka varas iestādes tolaik ne tikai neuzskatīja viņa domas zināmas, bet, gluži pretēji, "bija sliecas noraidīt likuma taisnīgumu; Dedzīgās cīņās, ko viņi cīnījās pret Hēgeļa dabas filozofiju, mans darbs tika uzskatīts par fantastisku intelektuālismu... Tomēr atšķirībā no Mayera Helmholcs nebija viens, viņu atbalstīja zinātniskā jaunatne un galvenokārt topošais slavenais fiziologs Dubuā Raimonds (1818-1896) un jaunā Berlīnes Fizikas biedrība. Runājot par attieksmi pret Meijera un Džoula darbiem, Helmholcs vairākkārt atzina Meijera un Džoula prioritāti, tomēr uzsverot, ka nav pazīstams ar Meijera darbu un nepietiekami zināja par Džoula darbiem.

Pievērsīsimies pašam Helmholca darbam. Atšķirībā no saviem priekšgājējiem viņš likumu saista ar mūžīgās kustības mašīnas (perpetuum mobile) neiespējamības principu. Šo principu pieņēma 17. gadsimta zinātnieks Leonardo da Vinči. (atcerieties, ka Stīvins slīpās plaknes likumu balstīja uz mūžīgās kustības neiespējamību), un visbeidzot, 18. gs. Parīzes Zinātņu akadēmija atteicās izskatīt mūžīgās kustības projektus. Helmholcs uzskata, ka mūžīgās kustības neiespējamības princips ir identisks principam, ka "visas darbības dabā var tikt reducētas uz pievilcīgiem vai atbaidošiem spēkiem". Helmholcs uzskata matēriju kā pasīvu un nekustīgu. Lai aprakstītu pasaulē notiekošās pārmaiņas, tai jābūt apveltītai gan ar pievilcīgiem, gan atgrūdošiem spēkiem. "..Dabas parādības," raksta Helmholcs, "jāreducē līdz matērijas kustībām ar nemainīgiem virzītājspēkiem, kas ir atkarīgi tikai no telpiskajām attiecībām."

Tādējādi pasaule, pēc Helmholca domām, ir materiālu punktu kopums, kas mijiedarbojas viens ar otru ar centrālajiem spēkiem. Šie spēki ir konservatīvi, un Helmholcs sava pētījuma priekšgalā izvirza dzīvā spēka saglabāšanas principu. Helmholcs aizvieto Maijera principu “no nekā nekas nerodas” ar konkrētāku nostāju, ka “tas nav iespējams, ņemot vērā jebkādu patvaļīgu eksistenci. dabas ķermeņu kombinācija, lai nepārtraukti no nekā iegūtu virzošo spēku. Šis princips nosaka, ka “darba apjoms, kas tiek iegūts, kad sistēmas ķermeņi pārvietojas no sākotnējās pozīcijas uz otro, un darba apjoms, kas tiek iztērēts, kad tie pārvietojas no otrās pozīcijas uz pirmo, vienmēr būs tas pats, neatkarīgi no pārejas metodes, pārejas ceļa vai ātruma."

Šajā gadījumā Helmholcs uzskata pusi no produkta (mv)2 par veiktā darba mērauklu. "Lai labāk saskanētu ar šobrīd pielietoto spēka mērīšanas metodi, kā darbaspēka daudzumu piedāvāju noteikt vērtību 1/2(mv)2, kura dēļ tas pēc lieluma būs identisks iztērētā darba apjomam." Tas ir svarīgs solis, ko Helmholts spēris enerģijas nezūdamības likuma izstrādē. Dzīvā spēka saglabāšanas princips tā formulējumā nosaka: “Ja jebkurš kustīgu materiālu punktu skaits pārvietojas tikai tādu spēku ietekmē, kas ir atkarīgi no punktu savstarpējās mijiedarbības vai ir vērsti uz fiksētiem centriem, tad summa visu punktu dzīvie spēki, ņemot kopā, paliks vienādi visos laika momentos, kad visi punkti iegūst vienādas relatīvās pozīcijas viens pret otru un attiecībā pret esošajiem fiksētajiem centriem neatkarīgi no to trajektorijas un ātruma. intervāli starp attiecīgajiem momentiem. Helmholcs izsaka šo principu matemātiski ar formulu:

kur Q un q ir ātrumi pozīcijās R un r, Ф ir "spēka lielums, kas darbojas virzienā r" un "tiek uzskatīts par pozitīvu, ja ir pievilkšanās, un negatīvu, ja tiek novērota atgrūšana...".

Helmholcs lielumu, kas izteikts ar integrāli φdr, sauc par “spriegoto spēku summu starp attālumiem R un r”, un enerģijas nezūdamības likums saņem šādu formulējumu: “punkta dzīvā spēka pieaugums, kad tas pārvietojas zem centrālā spēka ietekme ir vienāda ar saspringto spēku summu, kas atbilst tā attāluma izmaiņām. Mūsdienās “darba spēka palielināšanās” vietā mēs sakām “kinētiskās enerģijas palielināšanās” un “saspringto spēku summas” vietā mēs sakām “potenciālās enerģijas samazināšanās”.

Pārejot uz punktu sistēmu, Helmholcs iedibina vispārēju nostāju: "Sistēmā esošo saspringto spēku un dzīvo spēku summa vienmēr ir nemainīga." Helmholcs raksta: "Šajā vispārīgākajā formā mēs varam saukt savus likumus par spēka saglabāšanas principu."

Noformulējis šo principu, Helmholcs apsver tā piemērošanu dažādos īpašos gadījumos. Viņš norāda, ka dzīvo spēku saglabāšana jau ir izmantota tādos gadījumos kā kustības, kas notiek universālā gravitācijas spēka ietekmē, kustību pārnešanas parādībās caur nesaspiežamiem cietiem un šķidriem ķermeņiem, pilnīgi elastīgas cietas vielas kustībās. un šķidrie ķermeņi. Jo īpaši runājot par viļņu traucējumu parādībām, kas izplatās elastīgā vidē, Helmholcs parāda, ka ar traucējumiem "nav dzīvā spēka iznīcināšana, bet tikai atšķirīgs tā sadalījums".

Ņemot vērā elektriskās parādības, Helmholcs atrod punktveida lādiņu enerģijas izteiksmi un parāda funkcijas, ko Gauss sauc par potenciālu, fizisko nozīmi. Tālāk viņš aprēķina uzlādētu vadītāju sistēmas enerģiju un parāda, ka, izlādējot Leidenas burkas, izdalās siltums, kas ir līdzvērtīgs uzkrātajai elektroenerģijai. Tajā pašā laikā viņš parādīja, ka izlāde ir svārstīgs process un elektriskās svārstības "kļūst mazākas un mazākas, līdz beidzot viss dzīvais spēks tiek iznīcināts pretestību summas rezultātā".

Helmholcs tad apsver galvanismu. Viņš norāda, ka siltuma daudzums, kas izdalās metāla vadītājā ar pretestību w laikā t, ir "vienāds, saskaņā ar Lencu".

un parāda, ka tas atbilst elektrisko spēku darbam. Helmholcs analizē enerģijas procesus galvaniskajos avotos, termoelektriskās parādībās, liekot pamatu šo parādību nākotnes termodinamiskajai teorijai. Ņemot vērā magnētismu un elektromagnētismu, Helmholcs sniedz savu labi zināmo secinājumu par indukcijas elektromotora spēka izpausmi. pamatojoties uz Neimaņa pētījumiem un paļaujoties uz Lenca likumu.

Helmholcs, atšķirībā no Maijera, savā darbā galveno uzmanību pievērš fizikai un tikai ļoti īsi un kodolīgi runā par bioloģiskām parādībām. Neskatoties uz to, tieši šī eseja Helmholcam pavēra ceļu uz Kēnigsbergas Universitātes Medicīnas fakultātes Fizioloģijas un vispārējās patoloģijas nodaļu, kur 1849. gadā viņš saņēma ārkārtas profesora amatu. Helmholcs ieņēma šo amatu līdz 1855. gadam, kad kļuva par anatomijas un fizioloģijas profesoru Bonnā. 1858. gadā Helmholcs kļuva par fizioloģijas profesoru Heidelbergā. Heidelbergā Helmholcs plaši un veiksmīgi strādāja pie redzes fizioloģijas. Šie pētījumi ir būtiski bagātinājuši zināšanu un praktiskās medicīnas jomu. Šo pētījumu rezultāts bija slavenā Helmholca “fizioloģiskā optika”, kuras pirmais numurs tika izdots 1856. gadā, otrais 1860. gadā, trešais 1867. gadā.

Šeit, Heidelbergā, Helmholcs veica savus klasiskos pētījumus par nervu ierosmes un akustikas izplatīšanās ātrumu. Viņa grāmata “Skaņas sajūtu doktrīna kā akustikas fizioloģiskais pamats” tika izdota 1863. gadā. Visbeidzot Heidelbergā tika publicēti viņa klasiskie darbi par hidrodinamiku un ģeometrijas pamatiem.

Kopš 1871. gada marta Helmholcs kļuva par Berlīnes universitātes profesoru. Viņš izveidoja fizikas institūtu, kurā ieradās fiziķi no visas pasaules, un aktīvi piedalījās Valsts Fizikas un tehnoloģiju institūta - Vācijas metroloģijas centra - organizēšanā, kura pirmo prezidentu viņš kļuva. Helmholcs nomira 1894. gada 8. septembrī.

Enerģijas nezūdamības un transformācijas likuma atklājēji gāja dažādus ceļus līdz tā izveidošanai. Mayer, sākot ar medicīnisko novērojumu, nekavējoties uzskatīja to par dziļu, visaptverošu likumu un atklāja enerģijas pārveidojumu ķēdi no kosmosa uz dzīvu organismu. Džouls neatlaidīgi un neatlaidīgi mērīja kvantitatīvo attiecību starp siltumu un mehānisko darbu. Helmholcs saistīja likumu ar 18. gadsimta lielās mehānikas pētījumiem.

Ejot dažādus ceļus, viņi kopā ar daudziem citiem laikabiedriem neatlaidīgi cīnījās par likuma apstiprināšanu un atzīšanu, neskatoties uz ģildes zinātnieku pretestību. Cīņa nebija viegla un dažkārt kļuva traģiska, taču tā beidzās ar pilnīgu uzvaru. Zinātne ir saņēmusi savā rīcībā lielo enerģijas saglabāšanas un pārveidošanas likumu.

Pētot gāzu īpašības, es veicu eksperimentu. Pirms tam jau bija zināms, ka saspiestā gāze, izplešoties, atdziest. Zinātnieks ierosināja, ka tas varētu notikt, jo gāzes siltumietilpība ir atkarīga no tās tilpuma. Viņš nolēma to pārbaudīt. Gay-Lussac izraisīja gāzes izplešanos no konteinera tukšumā, t.i. vēl viens trauks, no kura iepriekš tika izsūknēts gaiss.Par pārsteigumu visiem zinātniekiem, kas novēroja eksperimentu, temperatūra nenotika, visas gāzes temperatūra nemainījās. Iegūtais rezultāts neattaisnoja zinātnieka pieņēmumus, un viņš nesaprata eksperimenta nozīmi. Gay-Lussac veica lielu atklājumu un nepamanīja to.

Ļoti nozīmīga loma dabas spēku transformējamības doktrīnas izstrādē bija krievu zinātnieka Emīla Kristianoviča Lenca pētījumiem, kas šajā ziņā bija blakus Faradeja pētījumiem. Viņa ievērojamajiem darbiem par elektrību ir skaidra enerģētiskā ievirze un tie ir būtiski veicinājuši likuma nostiprināšanu. Tāpēc Lencs pamatoti ieņem vienu no pirmajām vietām enerģijas nezūdamības likuma radītāju un stiprinātāju galaktikā.

Pirmais, kurš precīzi formulēja šo lielisko dabaszinātņu likumu, bija vācu ārsts Roberts Maijers.

Roberts Jūlijs Maijers (1814-1878) dzimis Heilbronnā farmaceita ģimenē. Pēc vidusskolas beigšanas Majers iestājās Tībingenes Universitātes Medicīnas fakultātē. Šeit viņš neapmeklēja ne matemātikas, ne fizikas kursus, bet Gmelinā viņš rūpīgi apguva ķīmiju. Viņam neizdevās bez pārtraukuma absolvēt Tībingenes universitāti. Viņš tika arestēts par piedalīšanos aizliegtā sapulcē. Cietumā Majers pieteica badastreiku un sestajā dienā pēc aresta tika atbrīvots mājas arestā. No Tībingenes Majers devās uz Minheni, pēc tam uz Vīni. Visbeidzot 1838. gada janvārī viņam atļāva atgriezties dzimtenē. Šeit viņš nokārtoja eksāmenus un aizstāvēja disertāciju.Drīz Mayer nolēma pievienoties holandiešu kuģim, kas kuģo uz Indonēziju, kā kuģa ārsts. Šim ceļojumam bija svarīga loma viņa atklājumā. Strādājot tropos, viņš pamanīja, ka karstā klimata iedzīvotāju vidū venozo asiņu krāsa bija gaišāka un koši nekā tumšā asiņu krāsa aukstās Eiropas iedzīvotājiem. Mayer pareizi izskaidroja tropu iedzīvotāju asiņu spilgtumu: sakarā ar paaugstināta temperatūraķermenim ir jāražo mazāk siltuma. Galu galā karstā klimatā cilvēki nekad nesasalst. Tāpēc karstās valstīs arteriālās asinis ir mazāk oksidētas un, nonākot vēnās, paliek gandrīz tādas pašas sarkanas.

Majeram bija hipotēze: vai, oksidējoties vienādam pārtikas daudzumam, nemainītos ķermeņa izdalītā siltuma daudzums, ja organisms papildus siltuma izdalīšanai arī ražo darbu? Ja siltuma daudzums nemainās, tad no tāda paša pārtikas daudzuma var iegūt vairāk vai mazāk siltuma, jo darbu var pārvērst siltumā, piemēram, berzes rezultātā. Ja siltuma daudzums mainās, tad darbs un siltums savu izcelsmi ir parādā vienam un tam pašam avotam - organismā oksidētai pārtikai. Galu galā darbu un siltumu var pārveidot viens par otru. Šī ideja nekavējoties ļāva Majeram skaidri parādīt noslēpumaino Geja-Lussaka eksperimentu. Ja siltums un darbs tiek savstarpēji pārveidoti, tad, kad gāzes izplešas tukšumā, tad tas nerada nekādu darbu, jo nav spiediena spēka, kas būtu pretrunā. tā tilpuma palielināšanās, gāzes un to nevajadzētu atdzesēt. Ja, gāzei izplešoties, tai ir jādarbojas pret ārēju spiedienu, tad tās temperatūrai vajadzētu pazemināties. Bet, ja siltumu un darbu var pārvērst viens otrā, ja šie fizikālie lielumi ir līdzīgi, tad rodas jautājums par attiecībām starp tiem. Mayer mēģināja noskaidrot: cik daudz darba ir nepieciešams, lai atbrīvotu noteiktu siltuma daudzumu un otrādi? Līdz tam laikam bija zināms, ka gāzes karsēšanai pastāvīgā spiedienā, gāzei izplešoties, ir nepieciešams vairāk siltuma nekā gāzes karsēšanai slēgtā traukā. Tas ir, gāzes siltumietilpība pastāvīgā spiedienā ir lielāka nekā nemainīgā tilpumā. Šie daudzumi jau bija labi zināmi. Bet ir noskaidrots, ka abas tās ir atkarīgas no gāzes rakstura: atšķirība starp tām ir gandrīz vienāda visām gāzēm.Maijers saprata, ka šī siltuma atšķirība ir saistīta ar to, ka gāze, izplešoties, darbojas. Darbu, ko veic viens mols izplešanās gāzes, uzkarsējot par vienu grādu, nav grūti noteikt. Jebkuru gāzi ar zemu blīvumu var uzskatīt par ideālu - tās stāvokļa vienādojums bija zināms. Ja jūs uzsildāt gāzi par vienu grādu, tad pie nemainīga spiediena tās tilpums palielināsies par noteiktu daudzumu.Tādējādi Meijers atklāja, ka jebkurai gāzei ir atšķirība starp gāzes siltumietilpību nemainīgā spiedienā un gāzes siltumietilpību plkst. konstants tilpums ir vērtība, ko sauc par gāzes konstanti. Tas ir atkarīgs no molārās masas un temperatūras. Tagad šis vienādojums nes viņa vārdu. Vienlaicīgi ar Maijeru un neatkarīgi no viņa enerģijas nezūdamības un transformācijas likumu izstrādāja Džouls un Helmholcs. Helmholca mehāniskā pieeja, ko viņš pats bija spiests atzīt par šauru, ļāva izveidot “dzīvā spēka” absolūtais mērs un jāņem vērā visas iespējamās enerģijas formas vai nu kinētiskā (“dzīvie spēki”) vai potenciālā (“spriegojuma spēki”) veidā.

Pārveidotās kustības formas apjomu var izmērīt ar mehāniskā darba apjomu, piemēram, kravas celšanā, ko varētu iegūt, ja šai celšanai iztērētu visu pazudušo kustību. Principa eksperimentālais pamatojums, pirmkārt, ir šī darba kvantitatīvās noteiktības pierādīšana. Džoula klasiskie eksperimenti bija veltīti šai problēmai.

Džeimss Preskots Džouls (1818-1889) - Mančestras alus darītava - sākās ar elektromagnētisko ierīču izgudrošanu. Šīs ierīces un ar tām saistītās parādības ir kļuvušas par konkrētu, spilgtu fizisko spēku mainīguma izpausmi. Pirmkārt, Džouls pētīja siltuma izdalīšanās likumus ar elektrisko strāvu. Tā kā eksperimenti ar galvaniskiem avotiem (1841) neļāva noteikt, vai strāvas radītais siltums vadītājā ir tikai akumulatorā notiekošo ķīmisko reakciju pārnestais siltums, Džouls nolēma veikt eksperimentu ar indukcijas strāvu.

Viņš ievietoja spoli ar dzelzs serdi slēgtā traukā ar ūdeni, spoles tinuma galus savienoja ar jutīgu galvanometru. Spole tika iedarbināta rotācijā starp spēcīga elektromagnēta poliem, caur kura tinumiem tika nodota strāva no akumulatora. Spoles griešanās ātrums sasniedza 600 minūtē, savukārt elektromagnēta tinums bija aizvērts ceturtdaļu stundas un atvērts ceturtdaļu. Siltums, kas izdalās berzes dēļ otrajā gadījumā, tika atņemts no siltuma, kas atbrīvots pirmajā gadījumā. Džouls konstatēja, ka indukcijas strāvu radītais siltuma daudzums ir proporcionāls strāvas kvadrātam. Tā kā šajā gadījumā strāvas radās mehāniskas kustības rezultātā, Džouls nonāca pie secinājuma, ka siltumu var radīt, izmantojot mehāniskus spēkus.

Turklāt Džouls, aizstājot rokas griešanos ar griešanos, ko rada krītošs svars, atklāja, ka "siltuma daudzums, kas spēj uzsildīt 1 mārciņu ūdens par 1 grādu, ir vienāds ar mehānisku spēku un to var pārvērst spēj pacelt 838 mārciņas līdz 1 pēdas vertikālajam augstumam. Šos rezultātus viņš apkopoja darbā “Par magnetoelektrības termisko efektu un siltuma mehānisko nozīmi”, kas tika ziņots Britu asociācijas fizikas un matemātikas sekcijā 1843. gada 21. augustā.

Visbeidzot, 1847.-1850. gada darbos Džouls izstrādāja savu galveno metodi, kas tika iekļauta fizikas mācību grāmatās. Tas nodrošina visprecīzāko siltuma mehāniskā ekvivalenta definīciju. Metāla kalorimetrs tika uzstādīts uz koka sola. Kalorimetra iekšpusē ir ass, kas nes asmeņus vai spārnus. Šie spārni atrodas vertikālās plaknēs, veidojot viens pret otru 45 grādu leņķi (astoņas rindas). Pie sānu sienām radiālā virzienā ir piestiprinātas četras plākšņu rindas, kas netraucē asmeņu griešanos, bet neļauj kustēties visai ūdens masai. Siltumizolācijas nolūkos metāla ass ir sadalīta divās daļās ar koka cilindru. Ass ārējā galā ir koka cilindrs, uz kura ir uztītas divas virves vienā virzienā, atstājot cilindra virsmu pretējos punktos. Trošu gali ir piestiprināti pie fiksētiem blokiem, kuru asis balstās uz viegliem riteņiem. Troses ir aptītas ap asi, nesot kravas. Slodzes kritiena augstumu mēra ar līstēm.

Pēc tam Džouls noteica ekvivalentu, izmērot siltumu, kas izdalās, čugunam berzējot pret čugunu. Kalorimetrā ap asi pagriezta čuguna plāksne. Gredzeniem, kas brīvi slīd pa asi, ir rāmis, caurule un disks, kas veidots tā, lai tas atbilstu čuguna plāksnei. Izmantojot stieni un sviru, varat izdarīt spiedienu un piespiest disku pret ierakstu. Džouls pēdējos mehāniskā ekvivalenta mērījumus veica 1878. gadā.

Meijera aprēķini un Džoula eksperimenti noslēdza divus simtus gadus ilgas debates par siltuma dabu. Eksperimentāli pierādīto siltuma un darba līdzvērtības principu var formulēt šādi: visos gadījumos, kad darbs parādās no karstuma, tiek iztērēts siltuma daudzums, kas vienāds ar saņemto darbu, un otrādi, kad darbs tiek iztērēts, tiek iztērēts vienāds siltuma daudzums. tiek iegūts siltums. Šo secinājumu sauca par pirmo termodinamikas likumu.

Saskaņā ar šo likumu darbu var pārvērst siltumā un otrādi - siltumu darbā. Turklāt abi šie daudzumi ir vienādi viens ar otru. Šis secinājums attiecas uz termodinamisko ciklu, kurā sistēma ir jānoved tās sākotnējos apstākļos. Tādējādi jebkuram apļveida procesam sistēmas veiktais darbs ir vienāds ar sistēmas saņemto siltumu.

Pirmā termodinamikas likuma atklāšana pierādīja, ka nav iespējams izgudrot mūžīgo kustību mašīnu. Sākumā enerģijas nezūdamības likumu sauca par "mūžīga kustība nav iespējama".

Faradeja perioda svarīgākais dabaszinātņu sasniegums ir enerģijas nezūdamības likuma noteikšana. Šī likuma nozīme pārsniedz fizisko privāto tiesību darbības jomu. Kopā ar masu nezūdamības likumu šis likums veido zinātniskā materiālistiskā pasaules uzskata stūrakmeni, paužot matērijas un kustības neiznīcināmības faktu. Faktiski šāda apgalvojuma filozofiskie priekšnoteikumi jau bija acīmredzami. Tie bija klāt senajos filozofos, īpaši atomos, un Dekartā, un īpaši īpaši un skaidri Lomonosovā. Vācu Hēgeļa filozofija ieviesa ideju par mainīgumu un parādību savstarpējo saistību. Taču viņai bija izkropļots pasaules skatījums, un viņa nodarīja ļaunumu jaunajam likumam. Vācu filozofijas ideālistiskā kaujinieciskā orientācija pret franču materiālismu, kas līdz šim kalpoja par dabaszinātņu teorētisko pamatu, ilgu laiku atturēja dabaszinātniekus no filozofijas garšas vispār.

Un Mayer, Helmholtz un Colding pirmo darbu filozofiskā piegarša neļāva praktizējošiem fiziķiem saskatīt jauno ideju būtību. Bija nepieciešama izcila hēgeliskā dialektikas pārstrāde, lai no tās iegūtu Marksa un Engelsa “racionālo graudu”, lai izveidotu patiesi zinātnisku metodoloģiju - dialektiskā materiālisma metodi, kā mēs jau runājām iepriekš. Taču šajā laikmetā savu ceļu vajadzēja spert jaunam, lielam dabaszinātnes vispārinājumam, pārvarot gan iedibinātās mehāniskās domāšanas tradīcijas, gan ideālistiskās reakcijas pretestību. Un, ja jaunais princips uzvarēja, tas notika, protams, pirmkārt tāpēc, ka tā bija patiesība, bet arī tāpēc, ka bija nobrieduši materiālie priekšnoteikumi patiesības noteikšanai.

Kādi bija šie materiālie priekšnoteikumi? Kāpēc viņi nevarēja triumfēt 18. gadsimtā? Lomonosova izcilās idejas par siltumu kā kustības veidu? Kāpēc, neskatoties uz tvaika dzinēju klātbūtni, Rumforda, Deivija un Petrova eksperimentiem, vecā šķidruma siltuma teorija turpināja pastāvēt? Kāpēc, neskatoties uz to, ka patiesība par perpetuum mobile neiespējamību ir gandrīz vispārpieņemta (sk. L. Carnot, S. Carnot, Clapeyron), nav izdarīts pienācīgs vispārinošs secinājums? Un tikai četrdesmitajos gados sāka veidoties doktrīna par enerģijas saglabāšanu un pārveidošanu.

Iemesls bija tas, ka Eiropā bija beidzies ražošanas periods un sākās industriālā kapitālisma periods ar “brīvā” darbaspēka pirkšanu un pārdošanu, ar jauno tehnisko bāzi.

Nav nejaušība, ka enerģijas nezūdamības likuma ieviešanas periods sakrita ar marksistiskās politekonomijas radīšanas periodu, kas norāva masku mistiskajam vērtības noslēpumam, “godīgai” algai un “normālai” peļņai. To, ko Markss darīja sociālo attiecību jomā, to izdarīja enerģijas nezūdamības likuma autori dabaszinātņu jomā. Bet Markss noskaidroja cilvēka darba sociālo būtību, tā sociālo funkciju. Darbs kā dabaszinātnes kategorija kļuva par tehniķu, fiziologu un fiziķu uzmanības objektu. Šo divu lietu sajaukšana bieži rada neskaidrības.

Engelss savā slavenajā rakstā “Kustības mērs. - Work”, pamatoti norāda, ka angļu valodā darbam ir divi termini: “labor” (darbs) un “work” (darbs), no kuriem pirmais attiecas uz politiskās ekonomikas jomu, otrais uz dabaszinātnēm. Krievu valodā jūs varat arī precīzi atšķirt vārdu “darbs” un “darbs” lietojumu. Jebkurā gadījumā lietas būtība ir tāda, ka jaunās ražošanas attiecības ir radījušas jautājumu par dažādu darbu salīdzināšanu un izmaksām, to ekvivalentu. Šis fakts ir skaidrs pat buržuāziskajiem vēsturniekiem un zinātnei, piemēram, Tetai. Bet atkal, sajaucot darba sociālo funkciju ar fizisko darbu, viņa aizēnoja kapitālistiskās apropriācijas plēsonīgo, plēsonīgo raksturu, runājot par kaut kādu “dabisku” darba mēru un vērtību. Šajā sakarā tehniķi un fiziologi, kas nodarbojās ar eksperimentiem, kuros salīdzināja dzīvo un mehānisko dzinēju jaudu, izpildīja noteiktu sociālo pasūtījumu (Interesants šīs “sociālās kārtības” ilustrācija var būt Helmholca vārdi par perpetuum mobile meklējumiem 18. gadsimtā ( automatizācija) un Arago vārdi par tvaika mašīnu lomu.Runājot par slavenajiem 18. gadsimta automātiem (skat. X nodaļu), Helmholcs atzīmē:
“Būtu nesaprotami, ka cilvēki izgudrojumā, kas nav zemāks par mūsu gadsimta izcilākajiem prātiem, veltīja tik daudz laika un darba, ieliek šo mašīnu ierīcēs asprātības bezdibeni - mums nekas vairāk kā bērnu rotaļlietas, ja tās neticēja patiesas veiksmes iespējai.” . “... Un, ja daži mehāniķi neliktu cerības iedvest savos darbos ar morālām pilnībām apveltītas dvēseles, tad, iespējams, daudzi būtu atteikušies no savu kalpu morālās pilnības, lai atņemtu viņiem viņu trūkumus, lai dotu viņiem tiem ir mehānisma izmantojamība, lai aizstātu tērauda un vara ķermeņa izturības trauslumu." Un šeit ir Arago vārdi par Vata mašīnas lomu:
"Vat, kungi, radīts no sešiem līdz astoņiem miljoniem strādnieku, nenogurstošu, čaklu, starp kuriem nav ne streiku, ne nemieru, un katrs maksā tikai 5 santīmus dienā."
Tādējādi kapitālisms pat sava uzplaukuma “skaistajā rītausmā” sapņoja nonākt tā rokās spēku, kas kopumā iznīcinātu tā rūpju avotu - strādnieku šķiru. Imperiālisma laikmetā šīs tendences kļūst vēl asākas un neslēptākas.
Raksturīga, piemēram, ir reakcija uz “elektronisko smadzeņu”, t.i., elektronisko skaitīšanas iekārtu publicēšanu, kurām it kā vajadzētu aizstāt garīgo darbu tāpat kā parastās mašīnas “aizstāj” fizisko darbu. Automātisko rūpnīcu izveide, ko kontrolē ar pogas nospiešanu, šķiet, noved pie kapitālistu “svarīgā sapņa” īstenošanas. Taču vēstures pieredze māca, ka tehnoloģiju attīstība sociālās ražošanas sfērā piesaista arvien lielākas cilvēku masas.) Bet, protams, tehniskais progress, galvenokārt tvaika dzinēju parādīšanās un attīstība, veicināja šādus eksperimentus. Vats veica eksperimentu, salīdzinot zirgu un viņa automašīnas veiktspēju. Šī produktivitāte tika novērtēta pēc ūdens daudzuma, kas noteiktā laikā tiek izsūknēts no noteikta dziļuma, t.i., pēc vērtības, ko tehnoloģijās sauc par jaudu. Šie eksperimenti kalpoja par iemeslu jaudas mērvienības noteikšanai - " Zirgspēki”, kas kopā ar divos nozīmēs lietoto kilogramu joprojām ir klupšanas akmens skolēnu izpratnei. Tādējādi “kustības mērs ir darbs” ar dzelžainu nepieciešamību iebruka dabaszinātnēs un tehnoloģijās.

Mēs zinām, ka jau Galilejs savā jēdzienā “mirklis” vai “impeto” bieži iekļāva spēka un ceļa produkta nozīmi, ka Leibnics, piedāvājot savu kustības mēru - “dzīvu spēku”, vadījās no kustību līdzvērtības principa. tāda pati ph vērtība. Pēc tam L. Karno savā traktātā par mašīnām konstatē saikni starp dzīvajiem spēkiem un mehānisko darbu un piedāvā novērtēt mašīnas darbību pēc paceltās kravas un augstuma reizinājuma. Kārno šo darbu nosauca par “pašreizējo brīdi” (moment d’active). Monge darbu nosauca par “dinamisko efektu” (effet dinamique). Bet jau 1807. gadā Jungs savās “Dabas filozofijas lekcijās” rakstīja: “Gandrīz visos praktiskajā mehānikā sastopamajos gadījumos darbs, kas nepieciešams kustības reproducēšanai, ir proporcionāls nevis momentam, bet gan kustības enerģijai, ko rada kustība. strādāt.” "Vārdam enerģija ir jāapzīmē ķermeņa masas vai svara reizinājums ar ātrumu izsaka skaitļa kvadrātu."

Visbeidzot, 1829. gadā traktātā “Ievads tehniskajā mehānikā” Poncelets (1788-1867) pēc Koriolisa ieteikuma beidzot saglabāja terminu “darbs” un izteica enerģijas saglabāšanas principu mehāniskos procesos: dubultā algebriskā sistēma. darba summa ir vienāda ar dzīvo spēku summu (mv 2), darbs jeb dzīvais spēks nekad netiek iegūts no nekā un netiek pārveidots par neko, bet tiek tikai pārveidots.

Tādējādi praktizētāji ir atraduši pareizo kustības mēru. Tomēr teorētiskajā mehānikā joprojām dominēja bezcerīgs jēdzienu sajukums, kas galvenokārt saistīts ar vārda “spēks” lietošanu. Un, kad jēdzienu “spēks” sāka lietot ar dažādiem īpašības vārdiem (ķīmisks spēks, elektriskais spēks, dzīvības spēks u.c.) visdažādākajās dabaszinātņu jomās, situācija kļuva vēl sarežģītāka, un kļuva pat tik spēcīgs prāts. sapinušies tādu “spēku” labirintā kā Faradejs. Teorētiskajā mehānikā līdzās Ņūtona spēka un impulsa (impulsa) jēdzienam tika izmantoti lielumi “dzīvie spēki” (mv 2), “darbība” (mvs vai mv 2 t). 1828. gadā žurnālā Proceedings of the Irish Academy tika publicēta Hamiltona slavenā “Staru sistēmas teorija”, kuras nozīme atklājās tikai mūsu gadsimta divdesmitajos gados un 1834.–1835. tajā pašā "Proceedings" parādījās viņa darbs "On the General Method of Dynamics", kas satur Hamiltona spēcīgo principu. Šie pētījumi atklāj ievērojamu analoģiju starp gaismas viļņu kustību vidē ar mainīgu refrakcijas indeksu un daļiņu kustību spēka laukā. Šī analoģija izpaužas kā atbilstība starp Fermā principu ģeometriskajā optikā un Maupertuis mazākās darbības principu mehānikā. Pēdējo principu pilnveidoja un vispārināja Hamiltons. Lai aprakstītu kustību, Hamiltons ievieš jaunus mainīgos un jaunas funkcijas. No tiem īpaši izceļas “spēka funkcija”, ar kuras palīdzību tiek izteikti spēki, kas atkarīgi tikai no mijiedarbojošo daļiņu konfigurācijas. Hamiltona funkcija stacionāru konservatīvu spēku gadījumā atspoguļo tikai sistēmas kopējo enerģiju. To, ko mēs tagad saucam par potenciālo enerģiju, Hamiltons ir apzīmējis kā “spriegojuma spēku summu”, bet kinētisko enerģiju kā “dzīvo spēku summu”.

Mēs šeit neielaidīsimies diskusijās par Hamiltona ievērojamā pētījuma būtību; mēs atkārtojam, ka viņu novērtējums un turpmākā attīstība notika vēlāk. Šeit viņi mūs interesē kā noteikts matemātisko jēdzienu attīstības posms, kas nepieciešams dažādu enerģijas principa īpašo gadījumu formulēšanai. Potenciālās enerģijas jēdziens un cieši saistītais potenciāla jēdziens (vai apgrieztā spēka funkcija) pieder pie šādiem jēdzieniem. Taču Hamiltons nebija pionieris šī pamatlieluma ieviešanā matemātiskajā fizikā. Mēs jau esam runājuši par Eileru, Lagranžu, Laplasu un Puasonu. Šeit jāpiemin 1828. gadā publicētais apdāvinātā maiznieka Grīna (1793-1841) klasiskais darbs “Pieredze matemātiskās analīzes pielietošanā elektrības un magnētisma teorijā”. Grīns iepazīstināja ar “potenciālo funkciju” un izveidoja matemātiskās attiecības. par to (Grīna formulas, Grīna funkcija ) un izmantoja to elektrostatisko un magnetostatisko problēmu risināšanai. Lai gan Hamiltona un Grīna darbi sākotnēji nepievērsa pienācīgu uzmanību, jaunā funkcija, ko sauca par "potenciālu", tika plaši izmantota četrdesmitajos gados, pateicoties Gausam, kura darbā "Vispārīgās teorēmas par pievilcības un atgrūšanas spēkiem, kas darbojas apgriezti proporcionāli attāluma kvadrāts”, kas publicēts 1839. gadā Gausa un Vēbera izdotā žurnāla “Results of Observations of the Magnetic Society” ceturtajā sējumā.

Tātad principa formulēšanai nepieciešamās matemātiskās abstrakcijas izstrādāja četrdesmitie gadi, tāpat kā tika pabeigta tā formulēšana mehānikā (dzīvo spēku teorēma, konservatīvie spēki).

Tomēr atgriezīsimies pie tiem materiālajiem un sociālajiem priekšnoteikumiem, kas veicināja mūsu principa rašanos. Tvaika tehnikas attīstība 19. gadsimta pirmajā trešdaļā. nodrošināja "Viņa Majestātes tvaika" turpmāko uzvaras gājienu. Uzlabojumi tvaika dzinēju konstrukcijās nodrošināja to efektivitātes pieaugumu un paplašināja to pielietojuma jomu. Tvaika dzinēja ieviešanai transportā bija milzīga revolucionāra nozīme. Ideja par “uguns spēka” izmantošanu kustībai pirmo reizi parādījās kuģniecībā. Jau pieminējām Papina laivu, kuru sagrāva Kaseles kuģu īpašnieki. 1736. gadā Džo Guls paņēma patentu Ņūkomena dzinēja izmantošanai kuģa (tvaika laivas) piedziņai. Traģiski viņš izdarīja pašnāvību, izmisumā apzinoties savu izgudrojumu, F un h. Viņa laivā tvaika dzinējs iedarbināja airus. Fultonam bija jāpieliek daudz pūļu, lai pārliecinātu cilvēkus par tvaikoņa praktisko lietderību. Napoleons gatavojās šķērsot Lamanšu, kad pie viņa ieradās drosmīgs izgudrotājs ar savu projektu. Panākumi bija vairāk nekā apšaubāmi. Napoleons uzskatīja Fultonu par šarlatānu un izraidīja viņu no biroja. "Viņš man apliecināja, ka jūs varat pārvietot kuģus ar verdošu ūdeni," komandieris paskaidroja savas dusmas.

Tikai Amerikā 1807. gadā Fultona pirmais tvaikonis Claremont kuģoja pa Hadzonas upi. Eiropā pirmais tvaikonis kuģoja Skotijā pa upi. Clyde 1812. Šo tvaikoni uzbūvēja Fultona paziņa, mehāniķis Bells. Sākumā tvaikoņi tika izmantoti tikai upēs, bet pēc tam tie parādījās jūrā. Kopš 1838. gada tika izveidota regulāra tvaikoņu satiksme. Pirmie tvaikoņi bija ar riteņiem. Bet 1839. gadā zviedru izgudrotājs Ēriksons ierosināja izmantot skrūvi. Skrūvju tvaikoņi sāka aizstāt riteņu tvaikoņus, jo skrūvju fregate Princeton 1843. gadā ātruma sacensībās pārspēja slaveno airu tvaikoni Great Western (kas bija viens no pirmajiem tvaikoņiem, kas šķērsoja Atlantijas okeānu).

Tvaika izmantošanas uzdevums sauszemes transportā izrādījās daudz grūtāks. Katla, degvielas, ūdens un pašas mašīnas svars šķita gandrīz nepārvarams šķērslis. Berze bija maz pētīta, un, lai gan zirgu dzelzceļi Anglijas raktuvēs tika izmantoti jau 18. gadsimtā, ideja par iespēju dzīvu dzinēju aizstāt ar tvaika riteņu dzinēju šķita ļoti reāla.

Tika pieņemts, ka riteņu berze uz sliedēm būs tik niecīga, ka nedarbosies nepieciešamā “sasaiste”, kas rada braukšanas momentu. 1770. gadā Kvinjo projektēja tvaika karieti (222. att.), kas, pretēji skeptiķu prognozēm, gāja, taču izrādījās grūti vadāma un ieskrēja sienā.

Amerikā tvaika “pašpiedziņas” vagonu entuziasts bija Olivers Evans (1755-1814), kurš bija diezgan pārliecināts par iespēju izmantot mašīnu. augstspiediena transportam. Viņš izstrādāja šādu mašīnu 1786. gadā, un nākamajā gadā iesniedza tvaika karietes patenta pieteikumu. Tomēr, lai praktiski īstenotu savas idejas
viņš spēja tikai 1801. gadā, kad viņam izdevās uzbūvēt visurgājēju amfībijas bagarēšanas mašīnu.

1805. gadā Evanss publicēja Mašīnbūves rokasgrāmatu, kurā izklāstīja viņa idejas un projektus, jo īpaši ideju par ugunsdzēsības cauruļu katlu. Taču neveiksmes vajāja izgudrotāju; 1819. gadā viņa darbnīcas nodega, un ugunsgrēkam drīz sekoja nāve.

Zīmīgi, ka tvaika lokomotīvju izgudrotājiem bija jācīnās ne tikai ar senatnes piekritēju pretestību, bet arī ar citu ceļu gājušajiem tehnoloģiskajiem novatoriem. Vats iebilda pret tvaika vagoniem un lokomotīvēm; augstspiediena iekārtu izmantošanu viņš uzskatīja par bīstamu un nepieņemamu. Viņa talantīgajam studentam un asistentam Mērdokam bija jābūvē tvaika kariete slepeni no skolotāja. Mērdokam palīdzēja trīspadsmit gadus vecais Trevetiks, kurš kļuva par stingru jaunā mērķa atbalstītāju. Pašpiedziņas ratiņus uzbūvēt nebija ne viegli, ne droši. Katlu sprādzieni nebija nekas neparasts, ņemot vērā tā laika inženiertehnisko tehnoloģiju līmeni. "Trevetiku vajadzētu pakārt," sacīja Vats, uzzinot par šādu negadījumu. Neskatoties uz to, Trevetik izdevās uzbūvēt pirmo tvaika lokomotīvi un pierādīt tās kustības iespēju pa gludu sliežu ceļu. Bet viņam neizdevās ieinteresēt rūpniekus par savu izgudrojumu, un lokomotīve ilgu laiku spēlēja atrakcijas lomu.

Talantīgo izgudrotāju neveiksmes iemesls, neskatoties uz visu viņu pārliecību un neatlaidību, bija ne tikai sabiedrības inerce, bet arī viņu izgudrojumu ārkārtējā nepilnība. Zemas veiktspējas katli nenodrošināja pietiekami jaudīgu un nepārtrauktu tvaika padevi cilindram. Joprojām palika nevajadzīgs balansētājs, un nepārtrauktas darbības problēma vēl nebija atrisināta. Visbeidzot, neskatoties uz Trevetika eksperimentiem, tika uzskatīts, ka tvaika lokomotīve nav spējīga vilkt ratus, kuru kopējais svars pārsniedz pašas svaru.Tika pieņemts, ka lokomotīves riteņu berze uz sliedēm ir tāda pati kā vagonu berze. uz sliedēm. Tāpēc tehniskā doma meklēja veidus, kā izveidot mākslīgu "pieturu". Tāpēc 1811. gadā Blekinsons patentēja tvaika lokomotīvi ar zobratu riteņiem, kas pārvietojas uz bagāžnieka. Šo lokomotīvi uzbūvēja Mūrs.

Bruntons aprīkoja lokomotīvi ar īpašām “kājām” - stūmējiem. Bet inženieris Ksedlijs nolēma šo jautājumu izpētīt eksperimentāli. Viņa eksperimenti pierādīja, ka pašgājējvagona (piedziņas riteņu) berze ievērojami pārsniedz dzenošo riteņu berzi un ka ir iespējams nodrošināt saķeri vilcienam, kura svars pārsniegs pašas lokomotīves svaru. "Puffing Billy" - Hadlija tvaika lokomotīve - tika uzbūvēta 1813. Un tomēr, ņemot vērā tā laika dzelzceļa stāvokli, tvaika transporta problēma vēl nebija atrisināta. Lēmumu pieņēma ugunsdzēsēja dēls Džordžs Stīvensons (1781-1848).

Agri uzsācis savu darba dzīvi, Stīvenss 17 gadu vecumā jau bija mašīnists ar tvaika dzinēju Kellingvortas raktuvēs. Šeit viņam bija iespēja apgūt tvaika dzinēju tehnoloģiju, vēlāk arī dzelzceļu darbību, izmantojot tvaika lokomotīves. Viņš nonāca pie secinājuma, ka tvaika lokomotīvju konstrukcijas uzlabošanai, vienlaikus rekonstruējot sliežu ceļus, būtu ārkārtējs efekts. Viņam izdevās ieinteresēt ietekmīgus cilvēkus un iegūt atļauju Stoktonas-Dārlingtonas dzelzceļa līnijas būvniecībai. Kad tika izveidota kompānija šīs līnijas būvniecībai un ekspluatācijai (Pease, Stephenson), Stīfensons pravietiski norādīja, ka paredz plašo dzelzceļa transporta attīstību nākotnē, norādot uz tā demokrātiskumu un pieejamību visiem sabiedrības slāņiem.

Līnija tika atklāta 1825. gada 25. septembrī, un šis datums tiek uzskatīts par sākumu dzelzceļa sakaru vēsturē. Līniju apkalpoja Stīvensona tvaika lokomotīve (Locomotion Nr. 1), taču tā bija arī zirga vilkšana pasažieru satiksmei.

Pirmā eksperimenta panākumi radīja jautājumu par jaunas plašas nozīmes līnijas izveidi. Parlamentā tika iesniegta petīcija par Mančestras-Liverpūles ceļa būvniecību. Nav nejaušība, ka jautājums vispirms radās par šo maršrutu. Liverpūle ir otrā osta pēc Londonas, caur kuru valstī ienāca lielākā daļa kokvilnas, un Mančestra ir lielākais kokvilnas rūpniecības centrs. Neskatoties uz to, ka pilsēta atradās pie kuģojamās Mersijas upes un bija savienota ar jūru ar kanālu, transports radīja nopietnu šķērsli tās augošajai rūpniecībai un tirdzniecībai. Mančestra bija tā sauktās “brīvās tirdzniecības” centrs, tas ir, komerciālās un rūpnieciskās buržuāzijas kustība brīvai tirdzniecībai, pret kuru iebilda lielo zemes īpašnieku partija, kuras intereses aizstāvēja “toriji” (konservatīvie). ).

Ap jauno projektu izcēlās sīva cīņa. Zemes īpašnieki un kungi pretojās projekta apstiprināšanai visos iespējamos veidos. Rezultātā jauno līniju nācās būvēt pa ārkārtīgi neērtām vietām, neizbraucamiem purviem, pa kalniem u.c. Jaunā tehnikas nozare, dzelzceļa būvniecības tehnoloģija, saskārās ar nopietniem šķēršļiem. Purvos vajadzēja izbūvēt uzticamus pamatus un uzbērumus, cauri pakalniem izrakt tuneļus. Tam pievienojās arī sīvā zemes īpašnieku pretestība, kas organizēja uzbrukumu izlūkošanas un celtniecības partijām. Un pašiem būvniecības iniciatoriem vēl nebija pārliecības par tvaika vilkmi un tika uzskatīts, ka vilce paliks ar zirgspēku.

Stīvensons apņēmās uzbūvēt lokomotīvi, kas varētu sasniegt ātrumu līdz 30 jūdzēm stundā. Viņš savā lokomotīvē izmantoja ugunskura katlus, nezinot, ka līdzīgu izgudrojumu jau bija Seguins. Slavenajās tvaika lokomotīvju sacensībās 1829. gada 1. oktobrī uzvarēja Stīvensona "Raķete", kas spēja sasniegt ātrumu līdz 35 jūdzēm stundā. Tvaika vilces jautājums tika atrisināts, un 1830. gada 15. septembrī tika atklāta Mančestras - Liverpūles līnija.

Milzīgā peļņa, ko ceļš nesa pirmajā pastāvēšanas gadā, atrisināja visas šaubas. Tie kungi, kas jauno ceļu bija iedzinuši neizbraucamos purvos, tagad piekrita braukt maršrutu “caur savu guļamistabu”. Sācies dzelzceļa drudzis. 1832. gadā tika uzbūvēts pirmais dzelzceļš Francijā (ziņkārīgs, ka Arago bija ceļu pretinieks), 1835. gadā - Vācijā. Īpaši intensīvi attīstījās dzelzceļa būvniecība ASV.

Krievijā pirmo rūpnīcas ceļu ar tvaika vilci Urālos, Ņižņijtagilā, Demidova dzimtcilvēki, tēvs un dēls Čerepanovs, uzbūvēja 400 asiņu garumā. Tas tika novietots starp vara raktuvēm, kas atrodas Vysoka kalna pakājē, un vara kausēšanas rūpnīcu, kas atrodas Vyye upē, lai samazinātu izmaksas par izejvielu piegādi uz ražošanas vietu.

Pirmā tvaika lokomotīve, ko uzbūvēja tēvs Efims un dēls Mirons Čerepanovs, cieta neveiksmi. Pārbaudot to, katls uzsprāga. Bet tas nesalauza talantīgo dzelzceļa amatnieku izturību, un 1834. gadā uz iepriekš minētā dzelzceļa tika uzbūvēta un nodota ekspluatācijā jauna lokomotīve. Šī pirmā Krievijā būvētā tvaika lokomotīve tika dēvēta par “sauszemes tvaikoņu kuģi” un “staigāja pa riteņu līnijām”, paceļot līdz 3,5 tonnām smagu kravu ar ātrumu aptuveni 15 kilometri stundā. Drīz Demidovi pavēlēja Mironam Čerepanovam uzbūvēt otru palielinātas jaudas “sauszemes tvaikoni”.

Tādējādi Čerepanovi, šie ļoti apdāvinātie krievu novatori, bija pirmie, kas Krievijā uzbūvēja ne tikai dzelzceļu, bet arī tā ritošo sastāvu.

1837. gada 30. oktobrī tika atklāta otrā dzelzceļa līnija no Sanktpēterburgas uz Carskoje Selo. 8 vagonu vilciens šo attālumu veica trīsdesmit piecās minūtēs.

Tvaika inženierijas panākumi bija viens no galvenajiem materiālajiem priekšnoteikumiem enerģijas nezūdamības likumam. Nav nejaušība, ka pirmajā no Mayera publicētajiem darbiem tvaika lokomotīve parādās kā spēku pārveidošanas idejas ilustrācija, un viņa 1845. gada fundamentālajā darbā mēs atrodam norādi, ka 1828. gada tvaika dzinēji patērēja degvielu plkst. tāda pati jauda, ​​17 reizes mazāka nekā pirmajām vatu mašīnām.

Nopietni sasniegumi fizioloģijā, kas ļāva atteikties no noslēpumaina “dzīvības spēka” skatījuma, un dzīvības procesu ievadīšana parasto dabas procesu lokā bija otrs būtiskais jaunā likuma priekšnoteikums. Šie panākumi kļuva iespējami, pateicoties ķīmijas un fizikas attīstībai, un galvenokārt sadegšanas ķīmijas un kalorimetrijas attīstībai.

Pat 19. gadsimta sākumā, pēc K. A. Timirjazeva domām, “fizioloģija pauda... šaubas par Lavuazjē divu pamatlikumu - vielas saglabāšanās likumu un elementu noturības likumu - piemērojamību organismiem. Apvienojot veselu virkni pētījumu, kuros pirmajā vietā jāliek Senbjē, Sosīra, Busingo un Lībiga darbi, un galvenokārt tie pētījumi, kas pierādīja, ka augi savu svarīgāko elementu – oglekli – smeļas no gaisa. bija iespējams bez šaubām konstatēt, ka visi augi savus elementus aizņem no trīskāršās vides - augsnes, ūdens un gaisa. Tādējādi kļuva skaidrs, ka organismi pakļaujas Lavuazjē pamatlikumiem, tika noteiktas arī auga ķīmiskās īpašības - tajā neorganiskā, minerālā viela pārvēršas organiskā.

Šis skatījums uz ķermeni kā sava veida ķīmisko laboratoriju noveda pie jautājuma par enerģijas saglabāšanu. Ķīmiķi jau ir noteikuši ķīmisko reakciju siltumu un galvenokārt sadegšanas reakciju. jau. 1840. gadā Sanktpēterburgas akadēmiķis Gess spēja paust svarīgu nostāju attiecībā uz ķīmisko reakciju laikā izdalītajiem siltumiem. Šo pozīciju mūsdienu precīzā formulējumā var izteikt šādi: “Kopējais siltuma daudzums, kas izdalās, pārejot A grupas vielām uz B grupas vielām, nav atkarīgs no šīs pārejas metodes, t.i., no starpprodukta veida un skaita. reakcijas, ja vien A un B grupas fiziskais stāvoklis visos pārejas gadījumos nav vienāds.

Likumu simboliski var izteikt šādi: Q AB = U B - U A, kur U AB ir siltuma daudzums, kas izdalās (vai absorbēts), pārejot no vielu grupas A uz vielu grupu B. Hesa ​​likums nozīmēja, ka ķīmiķiem bija gandrīz nonākt pie enerģijas nezūdamības likuma formulēšanas . Ir pilnīgi saprotams, ka fizioloģiskie pētījumi kalpoja par stimulu šī paša likuma atklāšanai. “Atkritumu un vielas iznīcināšanas parādības organismā neviļus liek mums domāt par to, ko tas iegūst no šiem atkritumiem, un liek mums apsvērt otru lielo problēmu, ko pagājušajā gadsimtā radīja un lielā mērā atrisināja fizioloģija - enerģijas pārveides problēma. ”.

“Šīs fiziskās mācības veidotāji Mayer un Helmholtz bija gan fiziologi, gan atzīti vitālisma ienaidnieki; viņiem tas bija īpaši vērtīgi, jo neatstāja vietu šim noslēpumainajam dzīvības spēkam. Visām enerģijas izpausmēm organismā ir jābūt izsekojamām uz kādu zināmu fizikālu vai ķīmisku avotu; ar šo noslēpumaino spēku nevar radīt nevienu mehāniska darba vienību, nevienu kaloriju, kā arī nevienu matērijas atomu. Muskuļu darbs un dzīvnieka siltums rodas, pateicoties potenciālajai enerģijai, ko satur organiskās vielas, ņem par pārtiku" (Timiryazevs).

Tā tas ir ar otro likuma pamatprincipu.

Visbeidzot, fiziķu panākumi, pierādot dabas spēku vienotību un konvertējamību (elektrības pārvēršana siltumā un otrādi, elektrības pārvēršana magnētismā un otrādi), bija likuma trešais pamatprincips.

Pirmā vieta šī priekšnoteikuma attīstībā neapšaubāmi pieder Faradejam. "Vecā un nemainīgā pārliecība, ka visi dabas spēki ir atkarīgi viens no otra, kam ir kopīga izcelsme vai, pareizāk sakot, ir viena pamatspēka atšķirīgas izpausmes, bieži vien ir likusi man domāt par iespēju eksperimentāli pierādīt gravitācijas un elektrības saistību. , un tādējādi pirmo iekļaujot grupā, kuras ķēde, ieskaitot magnētismu, ķīmisko spēku un siltumu, saista kopā daudzas dažādas izpausmes spēks." Ar šiem vārdiem Faradejs uzsāka virkni pētījumu par gravitācijas un elektrības saistību. Pilnīgi saprotams, ka tik spēcīgu telpu klātbūtnē likuma ideja virmoja gaisā.

Ļoti svarīga loma dabas spēku mainīguma doktrīnas attīstībā bija Lenca pētījumiem, kas šajā ziņā bija blakus Faradeja pētījumiem. Lai gan Lencs, tāpat kā Faradejs, tieši neformulēja enerģijas pārveidošanas principu, viņa ievērojamajam darbam pie elektrības ir skaidrs enerģētikas fokuss un tas ir būtiski veicinājis likuma nostiprināšanu. Tāpēc Lencs pamatoti ieņem vienu no pirmajām vietām enerģijas nezūdamības likuma radītāju un stiprinātāju galaktikā.

Emīls Kristianovičs Lencs dzimis 1804. gada 12. februārī Dorpatā, tagadējā Tartu. Pēc vidusskolas beigšanas 1820. gadā Lencs iestājās universitātē un sarežģīto ģimenes apstākļu dēļ, necerēdams atrast ceļu uz laicīgo karjeru, sāka gatavoties garīgajai karjerai. Tomēr tieksme uz dabaszinātnēm uzvarēja, un universitātes rektors Parrots, pamanījis šo tieksmi, ieteica jaunekli Lencu fiziķa amatam Kotzebue ekspedīcijā apkārt pasaulei 1823.

Lencs izcili pamatoja viņam doto ieteikumu. Viņš sadarbībā ar Parrot izstrādāja instrumentus: dziļuma mērītāju dziļo temperatūru mērīšanai, ko vēlāk no jauna izgudroja V. Tomsons, un batometru - ierīci ūdens paraugu ņemšanai, ko arī no jauna atklāja Pettersons un Nansens.

Ekspedīcijas laikā Lencs veica okeanogrāfiskus, astronomiskus un magnētiskus novērojumus un vienlaikus paplašināja zināšanas fizisko un matemātisko zinātņu jomā.

Lenca darbs Kotzebue ekspedīcijā tika augstu novērtēts. Tā admirālis S. O. Makarovs 1892. gadā rakstīja par saviem okeanogrāfiskajiem pētījumiem: "Lenca novērojumi ir ne tikai pirmie hronoloģiski, bet arī pirmie kvalitatīvi, un es tos novietoju augstāk par saviem novērojumiem un augstāk par Čelledžera novērojumiem."

Lenca darbus augstu novērtēja arī viņa laikabiedri: Sanktpēterburgas universitātes profesors N.P.Ščeglovs, akadēmiķi Parrots, Fuss un Koližs, pēc kuru priekšlikuma 1828.gada 5.maijā Lencu ievēlēja par asociēto profesoru fizikas zinātnē. Drīz vien Lencs tika nosūtīts ekspedīcijā uz Kaukāzu un Krimu un veica ģeofiziskus un astronomiskus novērojumus. Viņš atgriezās no ekspedīcijas 1830. gada 23. maijā uz Sanktpēterburgu, kur viņu gaidīja ziņas par viņa neievēlēšanu ārkārtas akadēmiķos.

Divdesmit sešus gadus vecais akadēmiķis ar cieņu atbildēja uz viņam piešķirto godu. Turpinot apstrādāt ekspedīciju rezultātus, Lencs drīz vien pievērsās jomai, kurā viņam bija lemts slavināt gan sevi, gan Krievijas zinātni – elektrībai.

Saņēmis ziņas par Faradeja atklājumiem, Lencs nekavējoties ķērās pie darba rūpīga pārbaude elektromagnētiskās indukcijas process. 1832. gada 7. novembrī viņš iesniedza Akadēmijai ziņojumu: "Par magnēta iedarbības likumiem uz spirāli, kad tas pēkšņi tuvojas vai attālinās, un par izdevīgāko spirāles dizainu magnetoelektriskajām ķēdēm." Šajā darbā Lencs ieliek ballistiskās metodes pamatus, izmērot reizinātāja adatas metienu, kuras tinums ir savienots ar spoles tinumu, kas savukārt apvijas ap magnēta armatūru, kad armatūra pēkšņi ir atdalīts no magnēta. Lai gan Lencs joprojām nepareizi pieņēma noraidījumu par proporcionālu strāvas stiprumam, nevis elektroenerģijas daudzumam, kāds tas patiesībā ir, tomēr rūpīgu un pārdomātu mērījumu rezultātā viņš nonāca pie svarīga secinājuma, ka e. d.s. indukcija uz tinuma stieples materiālu un diametru, kā arī tā neatkarība no spoles diametra. Ļoti zīmīgi, ka šajā darbā Lencs darbojas kā Ohma likuma atbalstītājs, kura nozīmi, kā jau norādījām, viņa laikabiedri ne tuvu nebija novērtējuši. Ar saviem darbiem Lencs sniedza lielu ieguldījumu elektrotehnikas pamatlikuma nostiprināšanā un attīstībā. Par to mēs runāsim vēlāk, aplūkojot elektrības doktrīnas attīstības vēsturi.

Gadu pēc iepriekšminētā pētījuma parādījās jauns Lenca fundamentālais darbs: “Par elektrodinamiskās indukcijas izraisīto galvanisko strāvu virzienu noteikšanu” (ziņots akadēmijā 1833. gada 29. novembrī). Šajā darbā Lencs, analizējot Faradeja, Ampera, De la Rive, Bārlova un viņa paša indukcijas un elektrodinamisko eksperimentu rezultātus, nonāk pie slavenā likuma, kas pazīstams kā “Lenca noteikumi”, ko viņš formulē šādi: “Ja a metāla vadītājs pārvietojas tuvu strāvai vai magnētam, tad tajā rodas galvaniskā strāva. Šīs (ierosinātās) strāvas virziens ir tāds, ka miera stāvoklī esošais vads no tā sāktu kustēties tieši pretēji faktiskajai kustībai. Tiek pieņemts, ka vads var kustēties tikai faktiskās kustības virzienā vai tieši pretējā virzienā.

1838. gadā Lencs formulēja savu likumu šādi: “Katra elektromagnētiskā pieredze var tikt apgriezta tā, ka tā noved pie atbilstošas ​​magnetoelektriskas pieredzes. Lai to izdarītu, galvaniskās strāvas vadītājam tikai kādā citā veidā jāpaziņo kustība, ko tas veiks elektromagnētiskās pieredzes gadījumā, un tad tajā rodas strāva virzienā, kas ir pretējs strāvas virzienam. strāva elektromagnētiskajā pieredzē.

Lenca pētījumi deva Helmholcam iespēju, izmantojot elektromagnētiskās indukcijas fenomena piemēru (Helmholca secinājums, sk. zemāk), enerģijas nezūdamības likumu. Helmholcs savā esejā atsaucas uz četriem Lenca darbiem. Papildus jau minētajiem, tie bija pētījumi par strāvas termisko un ķīmisko ietekmi.

1838. gadā Lenda kopā ar Džeikobi pētīja elektromagnētisko mašīnu darbību. Tie nosaka svarīgo faktu, ka šādu mašīnu - motoru maksimālais efekts ir proporcionāls cinka elektrodu laukumam. Tādējādi viņi būtībā atklāja enerģijas nezūdamības likumu ķīmiskās enerģijas pārvēršanai mehāniskajā enerģijā.

1842. gada decembrī Lencs sāka pētīt strāvas termisko ietekmi. Pētījuma rezultāti tika publicēti Pogendorfa “Annālēs” 1844. gadā. Lenca aparāts bija otrādi apgriezts stikls, kas uzstādīts uz dēļa. Caurums stiklā tika aizvērts ar stikla aizbāzni, kurā tika ielodēti divi vadi, kas kalpoja strāvas padevei stikla iekšpusē ievietotajam spirālvadam. Stikla apakšā bija caurums, aiztaisīts ar aizbāzni ar termometru. Lenca pētījumi parādīja, ka radītais siltums ir proporcionāls strāvas kvadrātam, stieples pretestībai un strāvas kustības laikam. Šis tagad zināmais Džoula-Lenca likums ir nekas cits kā likums par elektriskās strāvas pārvēršanu siltumā. Lencs parādīja, ka radītā siltuma daudzumu nosaka akumulatora cinka elektrodu laukums, t.i., izšķīdušā cinka daudzums. Līdz ar to arī šajā gadījumā Lencs ieliek enerģijas un elektroķīmisko reakciju pamatus.

Ļoti zīmīgi, ka Lencam bija prioritāte elektromagnētisko ģeneratoru atgriezeniskuma principa atklāšanā. Šis princips būtībā jau ir ietverts viņa formulētajā noteikumā inducētās strāvas virziena noteikšanai. Bet Lencs 1838. gadā praktiski pārvērta Pixie magnetoelektrisko mašīnu par dzinēju, tādējādi par 22 gadiem apsteidzot Picinotti un par 35 gadiem Fonteinu, kuram šī prioritāte parasti tiek attiecināta.

Par Lenca fundamentālajiem darbiem elektrības jomā mēs runāsim citur. Šeit ir svarīgi atzīmēt, ka Lencs jau 1839. gadā savā runā universitātes aktā skaidri norādīja uz elektrības svarīgo enerģētisko nozīmi. Norādījis, ka galvenie energoresursi ir dzīvo būtņu spēki un siltums, gan saules (šeit Lencs ietver ūdens un vēja enerģiju), gan iegūts no kurināmā, Lencs vērš uzmanību uz straujo degvielas resursu – mežu un fosiliju – izsīkšanu. "Tāpēc apzinātas un domājošas modernitātes pienākums ir iespēju robežās taupīt kapitālu, uz kuru mūsu pēcnācējiem būs tādas pašas tiesības kā mums pašiem, un līdz ar to vērst savu skatienu uz citiem palīgavotiem..." Un Lencs norāda, ka ir "dzinējspēku avots - elektrība vai galvanisms, kas patiešām dod pamatotas cerības vismaz daļēji aizstāt tvaika pakalpojumu. Lai gan šis avots tiek iegūts arī cinkam sadedzinot šūnās, bet "galvaniskajā elementā izšķīdušo metālu, iespējams, var atgūt no jauna bez ievērojamiem izdevumiem vai atrast noderīga lietojumprogrammašķīdumā."

“Ja tādējādi galvanisms ir vienīgais avots, no kura varam smelties mehānisku spēku, tad ar to saistītie eksperimenti ir pārāk nozīmīgi, lai daži naudas upuri tiem netiktu nest, un ar prieku varam atzīmēt, ka Krievija ir pirms visiem pārējiem. valstis ir pieņēmušas šo cildeno viedokli."

Tādējādi Lencs skaidri saprata elektrisko parādību enerģētisko būtību, taču viņa darba vispārējais empīriskais virziens neļāva viņam eksperimentos saskatīt lielisko dabaszinātņu principu.

Lenca plašā un daudzpusīgā darbība: mācību, organizatoriskā, tehniskā, atņēma viņam veselību un spēku. 1864. gadā viņš saņēma gada atvaļinājumu ārstēšanai Romā. Šeit viņš pēkšņi nomira 10. februārī. Ar. 1865. gads.