ТЕОРИЯ ТЕПЛОТЫ
Полный текст - http://osh9.narod.ru/gl/um/te.htm
В 1872 г. Н.А. Умов защитил магистерскую
диссертацию “Теория термомеханических
явлений в твердых упругих телах”, которая
явилась результатом его первых
исследований, отраженных в работе [12].
Опираясь на закон сохранения энергии, он
развивал дальше передовое
материалистическое направление в физике. В
основу своей теории термомеханических
явлений в твердых упругих телах Умов
положил мысль о том, что твердое тело
состоит из движущихся материальных частиц,
находящихся на некотором расстоянии друг
от друга, и что расположение этих частиц
может измениться либо механическими силами
и давлениями, либо теплотой. Поэтому при
исследовании явлений термических и
механических в их совокупности необходимо
предположить, что взаимодействие между
материальными частицами тела слагается из
двух частей: одно из них не зависит от
термического состояния частиц, другое
зависит от этого состояния.
Первое из этих взаимодействий
представляет собой механическую силу,
действующую по линиям, соединяющим
материальные частицы, и зависящую только от
их взаимного расстояния. Эту силу Умов
называет молекулярной силой.
Второе взаимодействие выражается в
двух явлениях: 1) термическое состояние
частиц вызывает механические
действия, которые можно приписать силе,
действующей по линиям, соединяющим
материальные частицы, и зависящей от
расстояния между ними и от их температуры (эту
силу Умов называет тепловой силой); 2)
термическое состояние частиц вызывает
обмен тепла между ними, который совершается
по линиям, соединяющим материальные
частицы, и зависит от расстояния между ними
и от их температуры. Все эти виды
взаимодействий совершаются только на
расстояниях весьма малых.
Таким путем ученый пришел к понятию
обобщенных сил упругости, слагающихся из
молекулярных и тепловых сил.
Здесь уместно задать вопрос: а много ли
выиграла квазисовременная абстрактная
теоретическая физика в понимании тепловых
явлений, когда тепловые колебания в твердом
теле свели только к квазичастицам –
фононам, исключив более детальное
рассмотрение механизмов переноса энергии в
твердых телах? (авт.)
Обосновывая теорию теплопроводности,
Умов выдвинул положение об обмене тепла
между двумя бесконечно близкими частицами
тела. Опираясь на закон сохранения и
превращения энергии, он показал, что
явления теплопроводности и упругости в
твердых телах тесно взаимосвязаны между
собой.
Рассматривая величины перемещений и
приращений температуры как непрерывные
функции координат и времени, Умов обосновал
молекулярные и тепловые взаимодействия
между материальными частицами твердого
упругого тела. При этом он показал, что
основные уравнения и математические
выражения значительно упрощаются, если
исходить при их выводе из определенного
строения промежуточной среды, окружающей
взаимодействующие материальные частицы и
свойственной данному явлению. Так, если
строение среды симметрично относительно
плоскости, перпендикулярной какой-либо оси
прямоугольных координат, то в
математических выражениях отдельные
коэффициенты исчезают.
Из
уравнений, полученных Умовым, как
непосредственное Следствие вытекают
первое и второе главные уравнения
механической теории теплоты, а также
уравнения теплопроводности и уравнения
равновесия твердых упругих тел.
В работе "Теория термомеханических
явлений в твердых упругих телах" Умов,
применяя методы термодинамики, исследует
взаимодействие между элементами твердого
тела и подробно рассматривает вопрос о
притоке и отдаче тепла вследствие
теплопроводности. Здесь впервые вводится в
науку понятие о так называемом тепловом
токе, под которым ученый подразумевает "количество
тепла, протекающего через плоский элемент
вследствие обмена тепла по линиям,
соединяющим материальные частицы с той и
другой стороны элемента и пересекающим его".
Полученные результаты Умов применяет к
исследованию адиабатических,
изотермических, изодинамических и других
термомеханических процессов. Он вводит
понятие термомеханического равновесия, под
которым понимает такое состояние тела,
когда его частицы, начиная с некоторого
момента, удерживают неизменную температуру
и не перемещаются более.
В рассматриваемой работе Умов впервые
вывел так называемое основное уравнение
теплопроводности. Вопрос о тепловом токе, т.
е. о приливе и отливе тепла, о переносе,
передаче тепла, являющегося одной из
разновидностей энергии, как будет показано
ниже, получил дальнейшее развитие в работах
Умова "Теория простых сред", "Теория
взаимодействий на расстояниях конечных"
и в особенности, в его докторской
диссертации "Уравнения движения энергии
в телах".
"Воззрение на теплоту как на
невесомую материю, - писал Умов, - было
поколеблено: всплывало новое,
усматривавшее источник тепла в движениях
мельчайших, незримых частиц тел...
Неустанная работа наблюдения, опыты и
размышления над существующими и вновь
открываемыми явлениями приводили еще с
большей убедительностью к тому же
заключению, что теплота есть род движения...
Нельзя было представить себе материю,
хотя бы и невесомую, создаваемую работой в
неограниченном количестве или
превращающуюся в работу между
затрачиваемой работой и выигрываемой
теплотой: природа тепла, как энергия
молекулярного движения, была познана. Чем
далее, тем более расшатывались перегородки,
разделявшие отдельные классы явлений и,
наконец, оказались свершенными!" [4,7].
Далее Умов высказывает глубокую мысль:
"Сознание превращаемости работы в тепло
и обратно упразднило воззрение на теплоту
как на невесомую материю и выдвинуло
гипотезу, по которой источник тепловой
энергии лежит в энергии молекулярных
движений. Успехи изучения взаимной
превращаемости энергии обещают разгадкой и
электрическим явлениям". Можно уверенно
сказать, что это были пророческие слова
ученого (авт.).
Несмотря на 80-летнюю давность, мысли, развиваемые в работе Умова, помогают решать такие вопросы современной физики, как вопрос о природе теплоты, о неоднородных волноводах, рупорных антеннах и др.
Одной из главных заслуг Умова является
то, что он придерживается единого подхода
при рассмотрении всех наблюдаемых явлений,
чего совершенно не скажешь в отношении
новейших абстрактных теорий в физике,
зачастую очень оторванных от реальности (авт.).
Литература
1.
Компанеец А.И. Борьба Н.А. Умова за
материализм в физике. – Изд-во АН СССР,
Москва, 1954.
2.
Ломоносов М.В. Полное собрание сочинений.
Изд-во АН СССР, Л., 1951,
т. 2, стр. 183-185.
3.
Энгельс Ф. Диалектика природы, М. 1952.
4.
Умов Н.А. Уравнения движения энергии в телах
(докт. диссерт.). Одесса, 1874.
5.
Умов Н.А. Теория взаимодействий на
расстояниях конечных и ее приложение к
выводу электростатических и
электродинамических законов. М., 1873. См.
также «Математический сборник», 1872, т. 6.
6.
Умов Н.А. Теория простых сред и ее
приложение к выводу основных законов
электростатических и электродинамических
взаимодействий. Одесса, т. 9, 1873.
7.
Умов Н.А. Избранные сочинения. Классики
естествознания. Математика. Механика.
Физика. Астрономия. (Под ред. чл.-корр. АН
СССР проф. А.С. Предводителева), Гостехиздат,
М.-Л. 1950, стр. 66.
8.
Umov N.A. Ableitung der Bewegungsgleichungen der Energie in continuirlichen Körpern.
Zeitschrift für Mathematik und Physik", 1874, Вd.
XIX, Н. 5, 5. 429.
9. Шаляпин А.Л., Стукалов В.И. Введение в классическую электродинамику и атомную физику. Второе издание, переработанное и дополненное. Екатеринбург, Изд-во Учебно-метод. Центр УПИ, 2006, 490 с.
10.
Умов Н.А. Собрание сочинений, М., 1916, т. 3, стр.
107.
11.
Умов Н.А. "Прибавление" к докторской
диссертации "Уравнения движения энергии
в телах", 1874 г.
12.
Умов Н.А. Законы колебания в изотропной
среде постоянной упругости. «Математический
сборник», т. 5, 1870 – 72.
13.
Umov N.A. Ein Theorem über die Wechselwirkungen in Endlichen Entfernunden. (Теорема
относительно взаимодействий на
расстояниях конечных). Zeitschrift
für Mathematik und Physik. Bd. 19, 1874, H. 2.
§
12.
14.
Умов Н.А. О стационарном движении
электричества на проводящих поверхностях
произвольного вида. «Математический
сборник», 1878, т. 9.
15.
Умов Н.А. Вывод законов электродинамической
индукции. «Журн. Рус. физ.-хим. общества, физ.
отд., 1881, т. 13, вып. 3.
16.
Умов Н.А. Курс физики. Лекции, т. 2. Звук. Свет.
Электричество. Магнетизм. М., 1902. См. также
Архив АН СССР, ф. 320, оп. 1, № 83-84.
17. Умов Н.А. Теория электромагнитного поля. Архив АН СССР, ф. 320, оп. 1, № 21/3, лл. 1-90.
18.
Умов Н.А. Лекции об электромагнитном поле
(1895). Архив АН СССР, ф. 320, оп. 1, № 100, лл. 1-520.
19.
Kirchhoff. Gesämmelte Abbandungen, p. 156 (1872). “Uber die stationaren
elektrischen Stromungen in einer gekrummten leitenden Flache”. «Monatsberichte
der Кonigl.
Akademie der Wissenschaften zu Berlin» (1875).
20.
Калашников С.Г. Электричество. Издание
пятое, исправленное и дополненное. М.: Наука,
1985, с. 524-525.
21.
Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 2.
Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. –
М.: Наука, 1988. C. 309.
22.
Фейнман Р., Лэйтон Р., Сэндс М. Фейнмановские
лекции по физике. Электродинамика. – М.: Мир,
1977. Вып. 6. С. 296-299.
23.
Умов Н.А. Возможный смысл теории квант. «Вестник
опытной физики и математики», 1914, с. 50. См.
также Избранные сочинения, 1913.
24.
Умов Н.А. Метод истолкования теории Планка.
Архив АН СССР, ф. 320, оп. 1, № 49, лл. 1-33.
25. Умов Н.А. Вступительная речь в Московском университете (О законе сохранения и превращения энергии, 1893). Архив АН СССР, ф. 320, оп. 1, № 112, лл. 1-24.