3784494928

1. Wstęp historyczny

jako współczynnika proporcjonalności pomiędzy ilością ciepła a temperaturą. Był to tylko na pozór prosty zabieg podobny do tego, który zastosował Newton w odniesieniu do siły i przyspieszenia. Zgodnie ze wzorem Blacka, odczyt termometru oznaczał ciepło na jednostkę masy. Black odkrył także ciepła przemiany dla wrzenia i zamarzania.

Wraz z powstaniem nowoczesnego podejścia do chemii, z prawami zachowania masy i niezmienniczości pierwiastków oraz prawem zachowania ciepła („cieplika”) w reakcjach chemicznych, powstała baza pojęciowa do rozwiązywania wielu problemów chemicznych. Prawa te zostały wyłożone w pracy Lavoisiera w 1789 roku, krótko przed jego ścięciem przez francuskich rewolucjonistów. Chociaż wiemy dziś, że nie ma osobnej zasady zachowania ciepła, lecz ogólniejsza zasada zachowania energii, to w owym czasie ta ostatnia dopiero się rodziła. Ponieważ w reakcjach chemicznych zachodzących w cieczach lub ciałach stałych zmiany objętości są niewielkie, więc nie przypadkiem teoria zachowania „cieplika” (pojęcie wprowadzone przez Lavoisiera) sprawdzała się dość dobrze. Teoria ta jednak całkowicie zawodziła w zestawieniu z eksperymentami, w których wskutek dużego tarcia wydzielało się sporo ciepła, np. przy borowaniu luf armatnich, co zauważył hrabia Rumford. Jego odkrycie, że pracę mechaniczną można zamienić na ciepło, i że w istocie jest ona niewyczerpalnym źródłem ciepła, nie spotkało się wówczas z życzliwym przyjęciem, ponieważ w miejsce zachowania cieplika nie zostało zaproponowane żadne inne prawo zachowania o praktycznym znaczeniu.

O możliwości konwersji (czyli zamiany) pracy na ciepło i ciepła na pracę musiał sobie zdawać sprawę James Watt - wynalazca maszyny parowej i uczeń Josepha Blacka - jednak dopiero Sadi Carnot - francuski inżynier - opisał tę konwersję w idealnym silniku cieplnym w kategoriach zasady zachowania energii. Co więcej Carnot pokazał, że sprawność silnika, czyli stosunek wykonanej pracy do pobranego ciepła, jest wielkością uniwersalną, zależną tylko od stosunku temperatury zbiornika ciepła do temperatury chłodnicy silnika, lecz nie od substancji roboczej wykorzystywanej w silniku. Empiryczna definicja