Россия

Для русских физиков местом деятельности служили физические кабинеты. Здесь хранились аппаратура, которую применяли на лекционных демонстрациях, и проводились единичные экспериментальные исследования. В России были ученые, понимавшие важность практического обучения. Так, В.В.Петров в 1795г. Организовал первый физический кабинет при Медико-хирургической академии. Его желание организовать научно-исследовательскую работу для студентов, превратить кабинет в лабораторию не осуществилось.

Первая лаборатория в России создается при Петербургском университете Петрушевским в 1865г. В первые пять лет число работающих в ней не превышало и десяти человек. Лаборатория испытывала большие трудности из-за недостатка помещения, приборов и средств, отпускаемых на ее нужды. Петрушевский и его ученик И.И.Боргман боролись за создание физической лаборатории, отвечающей современным требованиям. Благодаря их хлопотам средства на постройку нового здания физического института были отпущены, и 9 сентября 1901 г. Физический институт был открыт. В новом помещении появилась возможность значительно расширить физический практикум и так же проводить многочисленные физические исследования.

В 1867г. Д.А.Лачинов создает физическую лабораторию в Петербургском земледельческом институте. В 70х г. М.П.Авенариус организовывает физическую лабораторию в Киевском университете, а А.Г.Столетов- в Московском университете. В лаборатории Московского университета был выполнен ряд замечательных работ сыгравших большую роль в развитии физики. Столетов провел в своей лаборатории актиноэлектрические исследования, принесшие ему мировую славу. Он привлек в лабораторию П.Н.Лебедева, впоследствии создавшего замечательную школу русских физиков, прославивших родную науку исследованиями светового времени.

Итак одновременно с лабораториями за границей в России появились физические лаборатории в Петербургском и Московском университетах. Но экономическая отсталость России, реакционность правительства мешали развитию лабораторий.

Второе начало термодинамики

Прогресс теплотехники не только стимулировал открытие закона сохранения и превращения энергии, но и двинул вперед теоретическое изучение тепловых явлений. Уточнялись основные понятия, создавалась аксиоматика теории теплоты, разрабатывались математические методы. Ведущую роль в основании теории тепловых явлений сыграли Р,Клаузиус, В.Томсон и др. ученые.

Роль В.Томсона и Клаузиуса в развитии термодинамики

Томсон родился в г.Белфасте, в восемь лет переехал в Глазго, который впоследствии стал местом жизни и труда знаменитого физика. В 22 года он становится профессором.

Томсон предпринял серию экспериментов по электродинамическим свойствам материи. Он обладал большим педагогическим талантом и прекрасно сочетал теоретическое и практическое обучение. Лекции по физике сопровождались демонстрациями. К проведению демонстраций Томсон привлекал студентов, что стимулировало интерес слушателей.

Томсону наряду с Клаузиусом принадлежит заслуга в обосновании второго закона термодинамики. Еще в 1848 г. Он сомневался в справедливости закона сохранения энергии, так как в тепловых машинах теплота не полностью переходит в работу( это было показано еще Карно). Работа Карно подсказала Томсону важную мысль о введении температурной шкалы, не зависящей от выбора термометрического тела,- абсолютной шкалы температур. Эта «шкала Кельвина» основана на процессе Карно, который, как известно, носит абсолютный характер, не зависящий от выбора рабочего вещества и характера процессов, применяемых в цикле. Введение «шкалы Кельвина» представляет первый и существенный вклад Томсона в термодинамику.

В 1851г. сделал доклад «О динамической теории теплоты». Эта работа представляла собой изложение новой точки зрения на теплоту, согласно которой «теплота представляет собой не вещество, динамическую форму механического эффекта». По этому «должна существовать некоторая эквивалентность между механической работой и теплотой».

Томсон утверждает, что вся теория движущей силы теплоты основана на двух положениях. Эти положения он обосновал аксиомой « Невозможно при помощи неодушевленного материального деятеля получить от какой-либо массы вещества механическую работу путем охлаждения ее ниже температуры самого холодного из окружающих предметов»

Клаузиус, который много трудился над математическим оформлением основ термодинамики, в своей «Механической теории тепла» дает аналитическое выражение первого начала и вводит фундаментальное понятие механической работы, исследует условия интегрируемости дифференциального выражения работы.

Клаузиус рассматривает круговые обратимые процессы и указывает, что в простом круговом процессе типа цикла Карно совершаются два вида превращений: переход теплоты в работу и переход теплоты более высокой температуры в теплоту более низкой температуры. Второе начало «должно выражать отношение между этими двумя превращениями». Он формулирует второе начало как принцип эквивалентности превращения . Для определения функции температуры Клаузиус рассматривает обратимый процесс с идеальным газом. Он формулирует второе начало термодинамики в вде положения: «Энтропия Вселенной стремится к максимуму». Так через 20 лет после Томсона он так же пришел к концепции «тепловой смерти». Постулат Клаузиуса и концепция тепловой смерти вызвали большое количество возражений. Были придуманы многочисленные эксперименты. Очень тонкий мысленный эксперимент выдвинул Максвелл в своей «теории тепла».

Теория - «Демон Максвелла»

Он сначала считал, что второе начало имеет ограниченную область применения. «Это положение, -писал Максвелл о втором начале,- несомненно верно, пока мы имеем дело с телами большой массы и не имеем возможности неразличать отдельных молекул в этих массах, ни работать с ними. Но если представить себе существо со столь изощренными способностями, что оно было бы в состоянии следить за каждой отдельной молекулой во всех ее движениях, то подобное существо было бы способно сделать то, что для нас в настоящее время невозможно…».

«Демон Максвелла» работает, используя основные положения кинетической теории, согласно которым молекулы движутся с различными скоростями и температура пропорциональна средней кинетической энергии молекул.

Критическое отношение многих ведущих физиков того времени к закону сохранения энергии, дискуссия вокруг второго начала термодинамики вытекали из самого существа этих фундаментальных открытий, затрагивающих глубокие вопросы мировоззрения. Эпоху установления начал термодинамики сравнивали – и не без основания – с эпохой Галилея. Наука тогда в эпоху вплотную подходила к вопросам, издавна считавшимся прерогативой религии: начало и конец мироздания, сотворения и уничтожения материи и движения. Закон сохранения энергии укреплял позиции материалистов и подрывал устои религиозного мировоззрения. С другой стороны, концепция тепловой смерти казалась благоприятной для церковного учения о «конце мира», о «последних временах», предшествующих вторичному приходу Христа. Все это способствовало возникновению острой философской дискуссии вокруг новых открытий в физике.