Prečo bola teória kalórií prijatá, aj keď sa pozorovalo, že teplo bolo spôsobené trením
Prečo sa zdá, že kalorická teória tepla bola vážne spochybnená až potom, čo gróf Rumford uskutočnil experimenty s vŕtaním dela? Určite bolo veľa každodenných príkladov predtým, ako sa teplo vytvorilo trením, ako napríklad zahrievanie píl, rezanie stromu, ohrievanie dreva pri brúsení, brúsenie čepele o kameň alebo len trenie dvoch tyčí o začiatok Oheň. Je to tak, že nikto pred Rumfordom nepoložil zjavnú otázku - odkiaľ v týchto prípadoch pochádza kalorický obsah?
odpovedať
O tepelnej tekutine existovali dve rôzne teórie. Prvý, phlogiston, predstavil Stahl v roku 1703 (pravdepodobne v roku 1667 Becher, ktorý ho nazval Terra Penguis), a neskôr kalorický Lavoisier v 80. rokoch 19. storočia. Teória bola úspešná pri vysvetľovaní rôznych druhov fyzikálnych a chemických javov, konkrétne výmeny tepla, horenia, latentného tepla vo fázových prechodoch a odvápňovania (tvorba kovov). Pri odvápňovaní napríklad pridaním flogistónu k „zemiam“ (rudám) bolo vysvetlené ich získanie kovových vlastností. To by nemalo byť prekvapením. Moderné teórie efektívne reprodukujú teórie flogistónu/kalórií (podobne ako efektívne „častice“ ako sú fonóny) pre väčšinu javov, ktoré používali na vysvetlenie.
Na mechanickú teóriu sa hľadelo ako na alternatívu (napr. Navrhovanú Baconom, Boyleom, Hookeom, Lockeom a Cavendishom, ako to neskôr Rumford uzná), ale bola považovaná za horšiu, ak nie vylúčenú. Blackova práca na latentnom a špecifickom ohreve v rokoch 1757-1764 a Wilckes v roku 1772 boli považované za rozhodujúce pre to, aby bol phlogiston pre neho výhodnejší. Bolo ťažké mechanicky vysvetliť, kam smeruje latentné teplo, prečo tepelná kapacita nebola úmerná hustote alebo ako prebiehali fázové prechody. Schwarz však samozrejme všetko vysvetlil, latentné teplo bolo spôsobené schopnosťou flogistónu chemicky sa kombinovať s hmotou a plynným skupenstvom bol roztok kvapaliny vo flogistone. Štandardným vysvetlením tepla generovaného trením bolo, že napätie trenia o povrchy nútilo flogistón vytlačiť medzi atómy a pôsobil ako teplo. Pozri kapitolu Chemická revolúcia vo Friedmanovej knihe .
Lavoisierova revízia sa týkala účinkov pridania hmoty k spaľovaniu (spaľovania), ktoré bol schopný zmerať, čo bolo v rozpore s flogistonickým pohľadom na spaľovanie: podľa Stahla phlogiston unikol látke, zatiaľ čo podľa Lavoisiera sa pridával kyslík. Lavoisierova teória okysličovania však stále vyžadovala tepelnú tekutinu, ktorú premenoval na Calories, a bolo tiež potrebné zachovať teóriu čierneho latentného tepla. V poznámkach k Kirwanovej eseji o phlogistone (1784) Lavoisier píše:
„Ak sa kov zahreje na určitú teplotu a ak sa jeho častice oddelia teplom do určitej vzdialenosti od seba a ich príťažlivosť k sebe navzájom sa dostatočne zníži, stane sa schopným rozkladať životne dôležitý vzduch, z ktorého vzduch odoberá. „ Báza, konkrétne kyslík, a nastavuje ďalší princíp, konkrétne obsah kalórií, na slobode. hlavne a takmer úplne z tejto látky sa rozpúšťa obsah kalórií a svetlo “.
Slabinou teórie bolo, že uvoľnené teplo by bolo v súlade so zákonom zachovania materiálu a nerástlo by úmerne s mechanickou prácou, ako predpovedá mechanická teória. Rumford sa pokúsil v roku 1798 ukázať, že podľa kalorickej teórie bude prísun kalórií v jeho experimentoch s mletím na vydlabanie kanónov prakticky neobmedzený. Ale súčasní vedci (ako Dalton, Leslie a Henry) to nepovažovali za dôveryhodné, jeho motívy neboli úplne vedecké, jeho tvrdenia o „neobmedzenej“ ponuke boli prehnané a reprodukovateľnosť jeho výsledkov sa javila ako otázna. Okrem toho bolo známe, že elektrina sa vyrába trením a v tom čase bol jej stav ako kvapalina nespochybniteľný. V 20. rokoch 20. storočia teda Carnot vo svojej štúdii parných strojov ešte pracoval v rámci teórie kalórií, najmä s využitím analógie kalórie vodného kolesa.
Zavedenie vlnovej optiky v 20. rokoch 20. storočia bolo druhou ranou. Bolo ťažšie vysvetliť sálavé teplo ako častice kalórií prúdiace vesmírom. A čo je ešte definitívnejšie, Jouleho experimenty s mechanickým ekvivalentom tepla boli pôvodne studené v roku 1842. Až po tom, čo sa Thomson dozvedel o Mayerovom zákone o ochrane energie z roku 1841 a v roku 1847 venoval väčšiu pozornosť Jouleho experimentom, a potom, čo Clausius v roku 1850 mechanicky nanovo interpretoval Carnotovu teóriu, došlo v 50. rokoch 20. storočia k spoločnému nahradeniu teórie kalórií. Pozri Fowler's Teaching Heat: The Rise and Fall of Calorie Theory .
Teória kalórií mala vysvetlenie tepla generovaného trením. Obsah kalórií by mal byť uložený v každom objekte. Jedna z teórií (neviem, či je to jediná) bola, že trenie vytvorilo v telách určité napätie a to malo za následok uvoľnenie niektorých kalórií uložených v telách. Pretože teória kalórií predpokladá, že celkové množstvo vo vesmíre je do istej miery zachované, záver, že zahriatie trením funguje iba dovtedy, kým sa neuvoľnia všetky uložené kalórie. Rumford tvrdil, že to môže trvať veľmi dlho a opakovane bez zjavného kalorického vyčerpania. Jeho pozorovania však neviedli k okamžitému odmietnutiu teórie kalórií. Pravdepodobne sa to niektorí snažili nejako vysvetliť.