Современные представления о природе тепловых явлений

В прошлом веке господствовала теория флюидов — невесомых и неуничтожимых жидкостей, перетеканием которых объяснялись различные явления природы. Такими флюидами служили теплород (с его помощью объяснялись тепловые явления), электрород, магнитная жидкость, флогистон (им объяснялись явления горения) и т. д. Например, в 1822 г. на базе теории теплорода Фурье разработал математические основы теории теплопроводности.
Последующее развитие науки привело к более глубокому пониманию всех этих явлений. В частности, после открытия закона сохранения энергии стало ясно, что теплота-теплород — это понятие энергетической природы: она способна преобразовываться в работу в эквивалентных количествах. Теория теплорода была отброшена, однако представление о теплоте как о субстрате переноса сохранилось до наших дней.
В ходе становления термодинамики вместо теплорода было развито новое понимание теплоты как хаотического движения микроскопических частиц тела. На этой основе было построено стройное здание молекулярно-кинетической теории. Применительно к газу начальные шаги в этом направлении сделаны Больцманом, Максвеллом, Гиббсом и некоторыми другими авторами. Согласно этим взглядам, теплота представляет собой кинетическую энергию хаотического движения микрочастиц. Для количественного определения кинетического движения были привлечены такие понятия статистической физики, как случайность, вероятность, флуктуация и т. п.; они легли в основу так называемой статистической термодинамики. Кинетическое толкование теплового явления нашло завершающее развитие в квантовой механике.

Движением атомов и молекул с давних пор уже пытались объяснить тепловые явления. Параллельно с развитием этого несомненно существовавшего общего убеждения в механической природе тепла шло чисто опытным путём развитие вещественной теории тепла, видевшей причину тепловых явлений в особом веществе, «теплороде». Представления теории вещественного теплорода были столь просты и изящны, язык её столь удобен был для описания явлений, что не было пока никаких причин оставлять её и заменять заманчивой, но неопределённой механической теорией. Убеждение в механической природе тепла ещё более укоренилось, когда Майер, Джоуль и другие показали, что теплота может исчезнуть, превратившись в механическую работу, что, наоборот, исчезнувшая механическая работа может дать тепло и что между количествами исчезнувшей работы и возникшего тепла существует постоянное отношение. Но никто из них не решался точнее характеризовать движение молекул в теле и привести его в непосредственную числовую связь с тепловыми свойствами тел. Заслуга эта принадлежит Клаузиусу (1857), который для случая газообразного состояния вещества дал наглядную и полную картину движения молекул; Клаузиус исследовал это движение и вывел из него как необходимость характерные свойства газов; он предсказал на основании своей теории ряд числовых зависимостей между свойствами газов — зависимостей, которые впоследствии нашли блестящее подтверждение. Таким образом Клаузиус положил основание одному из замечательнейших отделов физики - кинетической теории газов (от греческого слова κίνησις - движение), а вместе с тем утвердил и кинетическую теорию вещества. Согласно кинетической теории, всякий объём газа состоит из множества абсолютно упругих молекул, несущихся в полном хаотическом беспорядке по различным направлениям и с различными скоростями. Расстояния между отдельными молекулами вообще на столько больше радиусов сфер действия их, что молекулы газа необходимо признать в механическом...