Teoria cieplika

Cieplik (termin wprowadzony przez Jędrzeja Śniadeckiego jako tłumaczenie fr. calorique^[1]) – według przekonań uczonych przełomu XVIII i XIX w. niezniszczalna i nieważka substancja odpowiedzialna za istnienie ciepła.

Historia

Około 1750 Joseph Black wyraźnie odróżnił pojęcie ilości ciepła od temperatury. Zmierzył on ciepło, zużywane przy ogrzewaniu wody i topnieniu lodu. Black wprowadził wielkość zwaną obecnie „ciepłem właściwym” i próbował interpretować ciepło jako pewien fluid, który bez żadnych strat przechodzi od ciał gorących do zimnych. Ten fluid nazwano wkrótce „cieplikiem”^[2].

W 1789 Lavoisier umieścił go na liście pierwiastków razem ze światłem (świetlikiem według Śniadeckiego).

Cieplik odróżnić należy od innego fluidu osiemnastowiecznej nauki, flogistonu^[3].

W 1798 fizyk Rumford przy okazji nadzorowania wiercenia lufy działa eksperymentalnie zmierzył ilość ciepła wytwarzaną przez parę koni^[4] co przekonało zwolenników teorii do uznania „nieważkości” fluidu. Sam eksperymentator nie wyciągnął z doświadczenia należytych wniosków. W 1799 Humphrey Davy próbował zakwestionować teorię cieplika dokonując stopienia dwóch kawałków lodu pocierając je o siebie i spowodował stopienie wosku w próżni. Eksperyment ten był jednak obarczony błędami i również nie wywarł spodziewanego wpływu na rozwój nauki^[5].

Zwolennikiem tej teorii był uczony John Dalton. Tłumaczyła ona obserwowane zjawiska, stopniowo jednak wychodziły na jaw jej ograniczenia. Ciepło jest tylko sposobem przekazywania energii^[6].

W 1824 Nicolas Carnot w oparciu o teorię cieplika sformułował zasadę działania silników cieplnych. Pracę tę rozwinął Benoît Clapeyron w 1834.

W 1842 Julius Robert von Mayer wprowadził określenie mechanicznego równoważnika ciepła. James Prescott Joule w badaniach prowadzonych od 1839 wyznaczył w 1842 wartość tego równoważnika, prace kontynuował do 1878^[7]. Dzięki pracom takich uczonych jak Hermann von Helmholtz, William Thomson i Rudolf Clausius zasadę zachowania cieplika zastąpiła zasada zachowania energii, uznawana przez naukę do dziś (z pewną modyfikacją wynikającą z równoważności masy i energii).

Zobacz też

Chronologia termodynamiki

Przypisy

↑ Ciepło: pierwiastek czy ruch – teorie na temat ciepła na przełomie wieków XVIII I XIX artykuł Romana Mierzeckiego, s. 56.
↑ Historyczny rozwój pojęcia ciepła Opracowanie: Bożena Nycz.
↑ „(...) koniec flogistonu to jednocześnie początek największej sławy fluidu ciepła. Lavoisier wypędził z chemii flogiston, ale niemal jednocześnie nobilitował fluid ciepła – cieplik – na czołowym miejscu wśród pierwiastków chemicznych” w tabeli z 1789. (A. K.Wróblewski „Prawda i mity w fizyce” Warszawa 1987 str. 19, w tej wersji [1] str. 12).
↑ W ciągu 2,5 godziny ogrzał 2 galony (około 9 litrów) wody z temperatury 60 °F (15 °C) do temperatury wrzenia, czyli o około 85 stopni C (według raportu do Royal Society), tamże str. 16 – 20 „Eksperymenty Rumforda nie stanowiły jednak zaprzeczenia teorii cieplika. Wykazanie, że ciepło właściwe opiłków jest takie samo jak pozostałego metalu, było konieczne dla odrzucenia cieplika, ale niedostateczne. Trzeba było bowiem wykazać, że jednakowe masy opiłków i metalu zawierają jednakowe ilości ciepła w tej samej temperaturze. Przy jednakowej wartości ciepła właściwego metal mógł bowiem zawierać więcej ciepła utajonego niż opiłki ze względu na zmiany zaszłe przy świdrowaniu. Rumford musiałby np. zmierzyć ilości ciepła potrzebne do stopienia jednakowych mas opiłków i bryły metalu; gdyby okazały się one jednakowe, a ciecze pozostałe ze stopienia były pod każdym względem takie same, to można by stąd wyciągnąć wniosek o jednakowej zawartości ciepła w jednakowej temperaturze.” (s. 18).
↑ Tamże, s. 20–22.
↑ „Zdarza się, że pewne określenia mają w języku naukowym nieco odmienny sens niż w mowie potocznej. Tak jest właśnie z pojęciem ciepła. Potocznie to pewien rodzaj energii, zwany też (również niezbyt poprawnie) energią cieplną. Fizycy zamiast o energii cieplnej mówią o energii wewnętrznej, a ciepło traktują – podobnie jak pracę – jako sposób jej dostarczania lub odbierania (od układu). Dla ilościowego scharakteryzowania takich procesów używają pojęcia: ilość ciepła (w niefortunnym skrócie – ciepło) i ilość pracy (w skrócie – praca). (...) Ściśle rzecz biorąc, należałoby, dla uniknięcia nieporozumień, zamiast pojęcia ciepła (jako formy przekazywania energii) wprowadzić nazwę jawnie sugerującą, że chodzi tu o proces, np. grzew (jak to proponuje prof. J. Werle z Uniwersytetu Warszawskiego w swej książce „Termodynamika fenomenologiczna”). W pewnych okolicznościach tradycja językowa jest wyjątkowo mało podatna na zmiany, wątpliwe więc, czy taka bardziej jednoznaczna terminologia przyjmie się; tym bardziej więc warto pamiętać, że samo słowo ‘ciepło’ może mieć różne, nie zawsze precyzyjnie określone, znaczenie” (Zbigniew Płochocki „Atomistyka współczesna” tom 1 Warszawa 1986 ISBN 83-02-02340-X, s. 27n).
↑ E.M.Rogers „Fizyka dla dociekliwych” tom 3 „Cząsteczki i energia” wydanie VI, Warszawa 1986 ISBN 83-01-02920-X, s. 235–240.

Linki zewnętrzne

[1] Ciepło: pierwiastek czy ruch – teorie na temat ciepła na przełomie wieków XVIII I XIX artykuł Romana Mierzeckiego, s. 56.

[2] Historyczny rozwój pojęcia ciepła Opracowanie: Bożena Nycz.

[3] „(...) koniec flogistonu to jednocześnie początek największej sławy fluidu ciepła. Lavoisier wypędził z chemii flogiston, ale niemal jednocześnie nobilitował fluid ciepła – cieplik – na czołowym miejscu wśród pierwiastków chemicznych” w tabeli z 1789. (A. K.Wróblewski „Prawda i mity w fizyce” Warszawa 1987 str. 19, w tej wersji [1] str. 12).

[4] W ciągu 2,5 godziny ogrzał 2 galony (około 9 litrów) wody z temperatury 60 °F (15 °C) do temperatury wrzenia, czyli o około 85 stopni C (według raportu do Royal Society), tamże str. 16 – 20 „Eksperymenty Rumforda nie stanowiły jednak zaprzeczenia teorii cieplika. Wykazanie, że ciepło właściwe opiłków jest takie samo jak pozostałego metalu, było konieczne dla odrzucenia cieplika, ale niedostateczne. Trzeba było bowiem wykazać, że jednakowe masy opiłków i metalu zawierają jednakowe ilości ciepła w tej samej temperaturze. Przy jednakowej wartości ciepła właściwego metal mógł bowiem zawierać więcej ciepła utajonego niż opiłki ze względu na zmiany zaszłe przy świdrowaniu. Rumford musiałby np. zmierzyć ilości ciepła potrzebne do stopienia jednakowych mas opiłków i bryły metalu; gdyby okazały się one jednakowe, a ciecze pozostałe ze stopienia były pod każdym względem takie same, to można by stąd wyciągnąć wniosek o jednakowej zawartości ciepła w jednakowej temperaturze.” (s. 18).

[5] Tamże, s. 20–22.

[6] „Zdarza się, że pewne określenia mają w języku naukowym nieco odmienny sens niż w mowie potocznej. Tak jest właśnie z pojęciem ciepła. Potocznie to pewien rodzaj energii, zwany też (również niezbyt poprawnie) energią cieplną. Fizycy zamiast o energii cieplnej mówią o energii wewnętrznej, a ciepło traktują – podobnie jak pracę – jako sposób jej dostarczania lub odbierania (od układu). Dla ilościowego scharakteryzowania takich procesów używają pojęcia: ilość ciepła (w niefortunnym skrócie – ciepło) i ilość pracy (w skrócie – praca). (...) Ściśle rzecz biorąc, należałoby, dla uniknięcia nieporozumień, zamiast pojęcia ciepła (jako formy przekazywania energii) wprowadzić nazwę jawnie sugerującą, że chodzi tu o proces, np. grzew (jak to proponuje prof. J. Werle z Uniwersytetu Warszawskiego w swej książce „Termodynamika fenomenologiczna”). W pewnych okolicznościach tradycja językowa jest wyjątkowo mało podatna na zmiany, wątpliwe więc, czy taka bardziej jednoznaczna terminologia przyjmie się; tym bardziej więc warto pamiętać, że samo słowo ‘ciepło’ może mieć różne, nie zawsze precyzyjnie określone, znaczenie” (Zbigniew Płochocki „Atomistyka współczesna” tom 1 Warszawa 1986 ISBN 83-02-02340-X, s. 27n).

[7] E.M.Rogers „Fizyka dla dociekliwych” tom 3 „Cząsteczki i energia” wydanie VI, Warszawa 1986 ISBN 83-01-02920-X, s. 235–240.

[1]