Молекулы - [5]
Молекулы послушны закону сохранения механической энергии. В мире молекул нет сил трения; мир молекул управляется переходами потенциальной энергии в кинетическую и обратно. Лишь в грубом мире больших вещей, не замечающем молекул, "энергия пропадает".
Если в каком-либо явлении механическая энергия пропадает вся или частично, то на такую же величину возрастает внутренняя энергия тел и среды, участвующих в этом явлении. Иначе говоря, механическая энергия переходит без каких бы то ни было потерь в энергию молекул или атомов.
Закон сохранения энергии - это строжайший бухгалтер физики. В любом явлении приход и расход должны точно сойтись. Если этого не произошло в каком-либо опыте, то, значит, что-то важное ускользнуло от нашего внимания. Закон сохранения энергии в таком случае сигнализирует: исследователь, повторить опыт, увеличить точность измерений, искать причину потерь! На таком пути физики неоднократно делали новые важные открытия и еще раз убеждались в строжайшей справедливости этого замечательного закона.
Калория
У нас уже есть две единицы энергии - джоуль и килограмм-сила-метр. Казалось бы, достаточно. Однако при изучении тепловых явлений по традиции пользуются еще и третьей единицей - калорией.
Позже мы увидим, что и калория не исчерпывает список принятых для обозначения энергии единиц.
Возможно, в каждом отдельном случае употребление "своей" единицы энергии удобно и целесообразно. Но в любом мало-мальски сложном примере, связанном с переходом энергии из одного вида в другой, возникает невообразимая путаница с единицами.
Новая система единиц (СИ) предусматривает одну единицу для работы, энергии и количества, тепла - джоуль. Однако, учитывая силу традиций и тот срок, который понадобится, чтобы система стала общеупотребительной и единственной системой единиц, полезно познакомиться поближе с "уходящей" единицей количества теплоты - калорией.
Малая калория (кал) - это количество энергии, которое надо сообщить 1 г воды, чтобы нагреть его на 1 градус.
Слово "малая" надо упомянуть потому, что иногда используют "большую" калорию, которая в тысячу раз больше выбранной единицы (большая калория обозначается ккал, что значит "килокалория").
Соотношение между калорией и механическими единицами работы находят, нагревая воду механическим путем. Подобные опыты ставились неоднократно. Можно, например, повысить температуру воды энергичным перемешиванием. Затраченная для нагрева воды механическая работа оценивается достаточно точно. Из каких измерений было найдено:
1 кал = 0,427 кгс*м = 4,18 Дж.
Поскольку единицы энергии и работы общие, то в калориях можно измерять и работу. На подъем килограммовой гири на метровую высоту надо затратить 2,35 калории. Звучит это необычно, да и сопоставлять подъем груза с нагреванием воды неудобно. Поэтому в механике и не пользуются калориями.
Немного истории
Закон сохранения энергии мог быть сформулирован лишь тогда, когда достаточно отчетливыми стали представления о механической природе теплоты и когда техника поставила практически важный вопрос об эквиваленте между теплом и работой.
Первый опыт для установления количественного соотношения между теплом и работой был проделан известным физиком Румфордом (1753-1814). Он работал на заводе, где изготовляли пушки. Когда сверлят дуло орудия, выделяется тепло. Как оценить его? Что принять за меру тепла? Румфорду пришло в голову работу, производимую при сверлении, поставить в связь с нагреванием того или иного количества воды на то или иное число градусов. В этом исследовании, пожалуй, впервые четко выражена мысль, что тепло и работа должны иметь общую меру.
Следующим шагом к открытию закона сохранения энергии было установление важного факта: исчезновение работы сопровождается появлением пропорционального количества теплоты, этим и была найдена общая мера теплоты и работы.
Первоначальное определение так называемому механическому эквиваленту теплоты дал французский физик Сади Карно. Этот выдающийся человек скончался в возрасте 36 лет в 1832 г. и оставил после себя рукопись, которая была опубликована лишь через 50 лет. Сделанное Карно открытие осталось неизвестным и не повлияло на развитие науки. В этой работе Карно вычислил, что подъем 1 м>3 воды на высоту 1 м>3 требует такой же энергии, какая нужна для нагревания 1 кг воды на 2,7 градуса (правильная цифра 2,3 градуса).
В 1842 г. публикует свою первую работу гейльброннский врач д-р Юлиус Роберт Майер. Хотя Майер называет знакомые нам физические понятия совсем по-другому, все же внимательное чтение его работы приводит к выводу, что в ней изложены существенные черты закона сохранения энергии. Майер различает внутреннюю энергию ("тепловую"), потенциальную энергию тяготения и энергию движения тела. Он пытается из чисто умозрительных заключений вывести обязательность сохранения энергии при различных превращениях. Для того чтобы проверить это утверждение на опыте, надо иметь общую меру для измерения этих энергий. Майер вычисляет, что нагревание 1 кг воды на 1 градус равноценно поднятию 1 кг на 365 м.
Во второй своей работе, опубликованной три года спустя, Майер отмечает универсальность закона сохранения энергии - возможность применения его к вопросам химии, биологии и космическим явлениям. К различным формам энергии Майер добавляет магнитную, электрическую и химическую.
Современная физика без теории относительности почти так же невозможна, как без представления об атомах и молекулах. Эта теория принадлежит к числу «трудных» для понимания достаточно широкого круга читателей. Вот почему особенно ценно, что основные положения и идеи теории относительности читатель получает «из первых рук» — авторы этой книги академик, лауреат Ленинской и Нобелевской премий, ныне покойный Л. Д. Ландау и профессор Ю. Б. Румер.Три материала, включенные в послесловие, воссоздают образ Ландау — замечательного ученого и человека.
«Физика для всех» Л. Д. Ландау и А. И. Китайгородского выпущена в 1978 г. четвертым изданием в виде двух отдельных книг: «Физические тела» (книга 1) и «Молекулы» (книга 2). Книга 3 «Электроны», написанная А. И. Китайгородским, выходит впервые и является продолжением «Физики для всех». В этой книге пойдет речь о явлениях, где на первый план выходит следующий уровень строения вещества — электрическое строение атомов и молекул. В основе электротехники и радиотехники, без которых немыслимо существование современной цивилизации, лежат законы движения и взаимодействия электрических частиц и в первую очередь электронов — квантов электричества. Электрический ток, магнетизм и электромагнитное поле — вот главные темы этой книги.
Авторы этой книги – лауреат Ленинской и Нобелевской премий академик Л.Д. Ландау и профессор А.И. Китайгородский – в доступной форме излагают начала общего курса физики.Примечательно, что вопросы атомного строения вещества, теория лунных приливов, теория ударных волн, теория жидкого гелия и другие подобные вопросы изложены вместе с классическими разделами механики и теплоты. Подобная тесная связь актуальных проблем физики с ее классическими понятиями, их взаимная обусловленность и неизбежные противоречия, выводящие за рамки классических понятий, – все это составляет сущность современного подхода к изучению физики.Новое, свежее изложение делает книгу полезной для самого широкого круга читателей.
Статья о явлении сверхпроводимости из журнала «Техника – молодежи» № 11, 1975.
Статья из «Успехи физических наук» т. XXV. вып. 4.
Стивен Хокинг — один из самых известных физиков современности. Ему принадлежало множество работ по теории черных дыр, квантовой космологии и теории относительности. Широкой общественности он был хорошо известен как блестящий популяризатор науки. Кроме того, британский ученый являл собой пример личного мужества, полстолетия сражаясь с ужасным недугом, парализовавшим все тело. Весной 2018 года выдающийся ученый навсегда покинул нашу планету, затерявшись где-то в бесконечных измерениях так любимого им многомирья Мультиверса.
Андре-Мари Ампер создал электродинамику — науку, изучающую связи между электричеством и магнетизмом. Его математически строгое описание этих связей привело Дж. П. Максвелла к революционным открытиям в данной области. Ампер, родившийся в предреволюционной Франции, изобрел также электрический телеграф, гальванометр и — наряду с другими исследователями — электромагнит. Он дошел и до теории электрона — «электрического объекта», — но развитие науки в то время не позволило совершить это открытие. Плоды трудов Ампера лежат и в таких областях, как химия, философия, поэзия, а также математика — к этой науке он относился с особым вниманием и часто применял ее в своей работе.
Эрик Роджерс — "Физика для любознательных" в 3-х томах. Книги Роджерса могут представить интерес в первую очередь для тех читателей, которые по своей специальности далеки от физики, успели забыть школьный курс, но серьезно интересуются этой наукой. Они являются ценным пособием для преподавателей физики в средних школах, техникума и вузах, любящих свое дело. Наконец, "Физику для любознательных" могут с пользой изучать любознательные школьники старших классов.
Блестящий популяризатор науки Дэвид Боданис умеет о самых сложных вещах писать увлекательно и просто. Его книги переведены на многие языки мира. Огромный интерес у российских читателей вызвала его «E=mc2». биография знаменитого эйнштейновского уравнения, выпущенная издательством «КоЛибри». «Электрическая Вселенная» — драматическая история электричества, в которой были свои победы и поражения, герои и негодяи. На страницах книги оживают истовый католик и открыватель электромагнетизма Майкл Фарадей, изобретатель и удачливый предприниматель Томас Эдисон, расчетливый делец Сэмюэл Морзе, благодаря которому появился телеграф, и один из создателей компьютеров, наивный мечтатель Алан Тьюринг.David BodanisELECTRIC UNIVERSEHow Electricity Switched on The Modern World© 2005 by David Bodanis.
В книге рассказывается история главного героя, который сталкивается с различными проблемами и препятствиями на протяжении всего своего путешествия. По пути он встречает множество второстепенных персонажей, которые играют важные роли в истории. Благодаря опыту главного героя книга исследует такие темы, как любовь, потеря, надежда и стойкость. По мере того, как главный герой преодолевает свои трудности, он усваивает ценные уроки жизни и растет как личность.
Ричард МурКлиматическая наука: наблюдения и модели.21.01.2010Источник: Richard K. Moore, Gglobal ResearchClimate Science: Observations versus ModelsПеревод: Арвид Хоглунд, специально для сайта "Война и Мир".Теория парниковых газов якобы ответственных за катастрофическое глобальное потепление не согласуется с фактами и является политической спекуляцией на реальной науке. Рассматривается фактическая картина современного климата по доступным данным.
Переиздание первой части книги Ландау Л. Д. и Китайгородского А. И. «Физика для всех» (Движение, теплота). Цель книги дать читателю в общедоступной форме отчетливое представление об основных идеях и новейших достижениях современной физики. Движение тел рассмотрено с двух точек зрения — наблюдателя в инерциальной и неинерциальной системах координат. Весьма детально изложены закон всемирного тяготения и его применение для расчетов космических скоростей, для интерпретации лунных приливов, для геофизических явлений. Книга рассчитана на самый широкий круг читателей — от впервые знакомящихся с физикой до лиц с высшим образованием, проявляющих интерес к данной науке.
В заключительной из четырех книг «Физика для всех» изложены основные сведения, специфичные для электромагнитных волн, проблема теплового излучения, учение о спектрах, приведены примеры наиболее распространенных лазеров, много внимания уделено ядерной физике. Отдельные разделы посвящены обобщению механики на случай быстрых движений (специальная теория относительности) и движения малых частиц (волновая механика). Для широкого круга читателей, проявляющих интерес к данной науке.