De ce a fost acceptată teoria caloriilor, deși s-a observat că căldura cauzată de frecare
De ce teoria calorică a căldurii pare să fi fost serios contestată numai după ce Earl Rumford a efectuat experimente de forare cu tunul? Cu siguranță, au existat multe exemple de zi cu zi înainte ca căldura să fie generată de frecare, cum ar fi un fierăstrău care se încălzește, tăierea unui copac, încălzirea lemnului în timp ce șlefuirea, ascuțirea unei lame pe o piatră sau doar frecarea a două bețe împreună pentru a începe Foc. Doar că nimeni înainte de Rumford nu a pus întrebarea evidentă - de unde vine conținutul de calorii în aceste cazuri?
răspuns
Au existat două teorii diferite despre fluidul termic. Cel mai devreme, flogistonul, a fost introdus de Stahl în 1703 (probabil în 1667 de Becher, care îl numea Terra Penguis), iar cel mai târziu, caloric, de Lavoisier în anii 1780. Teoria a reușit să explice diferite tipuri de fenomene fizice și chimice, și anume schimbul de căldură, combustia, căldura latentă în tranziții de fază și decalcificarea (formarea metalelor). În decalcificare, de exemplu, adăugarea de flogiston la „pământuri” (minereuri) a explicat dobândirea proprietăților lor metalice. Acest lucru nu ar trebui să fie o surpriză. Teoriile moderne reproduc în mod eficient teoriile flogistonului/caloriilor (la fel ca „particulele” eficiente precum fononii) pentru majoritatea fenomenelor pe care le-au folosit pentru a explica.
Teoria mecanică a fost privită ca o alternativă (de exemplu, sugerată de Bacon, Boyle, Hooke, Locke și Cavendish, așa cum Rumford va recunoaște ulterior), dar privită ca inferioară, dacă nu exclusă. Munca lui Black privind încălzirea latentă și specifică în 1757-1764 și Wilckes în 1772 au fost considerate cruciale pentru a face flogistonul preferabil lui. A fost dificil de explicat mecanic unde se ducea căldura latentă, de ce capacitatea de căldură nu era proporțională cu densitatea sau cum au avut loc tranzițiile de fază. Cu toate acestea, Schwarz a explicat totul, căldura latentă se datora capacității flogistonului de a se combina chimic cu materia, iar starea gazoasă era o soluție a unui lichid în flogiston. Explicația standard pentru căldura generată de frecare a fost că tensiunea frecării suprafețelor împreună a forțat flogistona să fie forțată să intre între atomi și să acționeze ca căldură. Vezi capitolul Revoluție chimică din cartea lui Friedman .
Revizuirea lui Lavoisier se referea la efectele adăugării de masă la ardere (combustie), pe care el a fost capabil să o măsoare, ceea ce contrazicea viziunea flogistonică a arderii: potrivit lui Stahl, flogistul scăpa de o substanță, în timp ce, potrivit lui Lavoisier, se adăuga oxigen. Teoria oxigenării lui Lavoisier, totuși, a necesitat încă un fluid termic, pe care l-a redenumit Calorii și a fost necesar, de asemenea, pentru a menține teoria căldurii latente a negrului. În notele la eseul lui Kirwan despre flogiston (1784) Lavoisier scrie:
„Dacă un metal este încălzit la o anumită temperatură și dacă particulele sale sunt separate de căldură până la o anumită distanță unele de altele și atracția lor unul față de celălalt este suficient de redusă, devine capabil să descompună aerul vital din care ia aerul. " Baza, și anume oxigenul, și stabilește celălalt principiu, și anume conținutul de calorii, în libertate. în principal și aproape în totalitate din această substanță se dizolvă conținutul de calorii și lumina ".
O slăbiciune a teoriei a fost că căldura degajată va respecta o lege a conservării materialului și nu va crește proporțional cu munca mecanică, așa cum prezice teoria mecanică. Rumford a încercat în 1798 să arate că, conform teoriei caloriilor, aprovizionarea cu calorii în experimentele sale cu măcinarea pentru a scobi butoaiele de tun ar fi practic nelimitată. Dar nu a fost considerat credibil de către oamenii de știință contemporani (precum Dalton, Leslie și Henry), motivele sale nu erau tocmai științifice, pretențiile sale de aprovizionare „nelimitată” erau exagerate, iar reproductibilitatea rezultatelor sale părea a fi discutabilă. În plus, se știa că electricitatea este generată de frecare, iar la momentul respectiv statutul său de lichid era incontestabil. Astfel, Carnot încă lucra în cadrul teoriei caloriilor în studiul său al motoarelor cu aburi din anii 1820, folosind în special analogia cu roata de apă calorie.
Introducerea opticii undelor în anii 1820 a fost o a doua lovitură. A devenit mai greu de explicat căldura radiantă ca particule de calorii care curg prin spațiu. Chiar mai clar, experimentele lui Joule privind echivalentul mecanic al căldurii au fost inițial reci în 1842. Abia după ce Thomson a aflat de Mayer Actul de conservare a energiei din 1841 și a acordat mai multă atenție experimentelor lui Joule în 1847 și după ce Clausius a reinterpretat mecanic teoria lui Carnot în 1850, lucrurile s-au unit pentru a înlocui teoria caloriilor în anii 1850. Vezi Fowler's Teaching Heat: The Rise and Fall of the Calorie Theory .
Teoria caloriilor avea explicații pentru căldura generată de frecare. Conținutul de calorii trebuie stocat în fiecare obiect. Una dintre teorii (nu știu dacă este singura) a fost că fricțiunea a creat o oarecare tensiune în corpuri și acest lucru a dus la eliberarea unora dintre caloriile stocate în corpuri. Deoarece teoria caloriilor presupune că cantitatea totală din univers este păstrată într-o oarecare măsură, concluzia că încălzirea prin frecare funcționează numai până când toate caloriile stocate sunt eliberate. Rumford a susținut că acest lucru poate dura foarte mult timp și în mod repetat, fără nici o epuizare calorică aparentă. Cu toate acestea, observațiile sale nu au condus la o respingere imediată a teoriei caloriilor. Probabil că unii oameni au încercat să o explice cumva.