Понедельник, 23.12.2024, 19:21
МОУ СОШ №2 им. К.Д. Бальмонта г. Шуя
300 лет со Дня рождения Ломоносова М.В.
Вы вошли как Гость | Группа "Гости"Приветствую Вас Гость | RSS
Меню сайта
Форма входа
Категории раздела
Научные труды [7]
Ну и как вам сайт?
Оцените мой сайт
Всего ответов: 11
Главная » Статьи » Научные труды

РАЗВИТИЕ ЛОМОНОСОВЫМ АТОМНО-МОЛЕКУЛЯРНОГО УЧЕНИЯ. Основные положения атомно молекулярного учения
   Атомно-молекулярной теорией, или, как ее называли в то время, корпускулярной теорией, М. В. Ломоносов заинтересовался еще в студенческие годы, когда слушал лекции Вольфа и знакомился с трудами Декарта, Ньютона, Лейбница, Бойля. Уже в первых своих работах, написанных в Германии: «Работа по физике о превращении твердого тела в жидкость в зависимости от движения предсуществующей  жидкости» (1738) и «Физическая диссертация о различии смешанных тел, состоящем в сцеплении корпускул» (1739), он задался целью объяснить на основе корпускулярных представлений наблюдаемые физические и химические явления. Вернувшись в Россию, М. В. Ломоносов написал еще несколько работ, в которых четко, последовательно и логично изложил свои представления об атомах и молекулах и применил корпускулярную теорию для объяснения природы и многообразия веществ, свойств газов, жидкостей и твердых тел, а также тепловых явлений. Главные труды Ломоносова, в которых изложена его корпускулярная теория, это: «Элементы математической химии (1741), «276 заметок по физике и корпускулярной философии»  (1741 —1743),  «Опыт теории о нечувствительных частицах  тел и  вообще о причинах  частных  качеств» (1743 —1744), «Физические размышления о причинах теплоты и холода» (1744), «Опыт теории упругости воздуха» (1748). Теория Ломоносова значительно отличалась от концепций его предшественников, в которых тоже использовалось представление об атомах. Так, атомистические представления Декарта были чисто умозрительными и носили противоречивый характер. Он, например, пишет в своей книге: «Прежде, всего, я предполагаю, что вода, земля и воздух и все такого рода тела, которые нас окружают, состоят из многочисленных мелких частиц различной формы и размеров,... Мелкие частицы, из которых состоит вода, длинны, гладки и скользки, наподобие маленьких угрей;... Знайте, что я не мыслю мелкие частицы земных тел в виде атомов, или неделимых частиц; напротив, сбитая их состоящими из одной и той же материи, я полагаю, что каждая из них может быть делима бесконечным множеством способов». После продолжительной полемики с П. Гассенди Р. Декарт начал склоняться к идее существования трех видов первичных частиц, отличающихся друг от друга размером. Он считал, что эти частицы входят в различных пропорциях в состав любого тела, способны менять форму под влиянием различных факторов и не имеют массы, но приобретают ее в результате движения. Острые частицы образуют соль, мягкие — серу, а тяжелые и круглые — ртуть.


П. Гассенди, как и Эпикур, считал атомы непроницаемыми и неделимыми, но различными по форме, размерам и массе. Атомы непрерывно движутся в пустоте и сталкиваются друг с другом. Все окружающие тела состоят не из атомов, а из их сочетаний — молекул.


В целом близкие и понятные нам представления Гассенди тесно переплетались, однако, с телеологией. Считая материю пассивной, он вынужден был объяснять существование атомов и движения вмешательством бога и старался при этом «примирить свою католическую совесть со своим языческим знанием, Эпикура с церковью, что было, конечно, напрасным
трудом».


Р. Бойль при разработке химических теорий исходил из
следующих положений:


«1. Не представляется абсурдным допущение, что при первом творении смешанных тел универсальная материя, из которой они составлены, так же как и все тела мира, может быть реально разделена на маленькие, различным образом движущиеся частицы, обладающие различной величиной и формой.

2. Также не невозможно, что некоторые из этих малых частичек, наиболее мелкие и смежные, могли бы соединяться в маленькие массы, или «кучки», и, благодаря таким соединениям, образовывать большое количество таких мелких первичных твердых телец, или масс, которые нелегко разъединить на частицы, из которых они составлены...И. Причиной всех химических взаимодействий Р. Бойль считал наличие различных «испарений», заполняющих поры тел и состоящих из очень маленьких частиц.


В начале XVIII в. Г. Лейбниц развил учение о монадах — «элементах вещей».Согласно его теории монады имеют божественное происхождение, наделены «духом» и способны к самодвижению. Материя же представляет собой форму существования монад и образуется лишь в результате их взаимодействия. Сама она без вмешательства монад не способна к самодвижению, но наделена силой и может оказывать действие и противодействие.



Из предшественников М. В. Ломоносова лишь Даниилу Бернулли удалось применить учение об атомах для объяснения некоторых свойств газов и жидкостей. В 1738 г. он разработал молекулярно-кинетическую теорию упругости и включил ее в виде отдельной главы в свою «Гидродинамику». Однако До 1748 г. М. В. Ломоносов не был знаком с этим трудом и строил свою корпускулярную теорию совершенно самостоятельно. Кинетическую теорию газов он разработал полнее, чем Д. Бернулли..


Задача химиков-атомистов XVII в. заключалась главным образом в том, чтобы дать наглядное представление о химических явлениях с помощью образов, заимствованных из механики. Атомы наделялись поэтому шероховатой или гладкой поверхностью, крючками, иголками, колечками, клинышками и прочим фантастическим оснащением. Это обстоятель ство не могло не  вызывать  насмешек со  стороны многих естествоиспытателей, которые стали называть атомистические представления «философией остриев и крючочков». М. В. Ломоносов одним из первых отказался от наивных представлений о замысловатой форме атомов. Наделив атомы массой, шарообразной формой, шероховатой поверхностью и способностью к движению, ученый объяснил процессы растворения, испарения, теплопередачи, а также высказал ряд важных положений, которые спустя 130 лет легли в основу кинетической теории газов. Полагая, что химические процессы тесно связаны с тепловыми, электрическими, световыми и капиллярными явлениями, М. В. Ломоносов считал знание физики залогом успешной деятельности в области химии. «Химик без знания физики, — писал   он, — подобен   человеку,   который   всего искать должен ощупом. И сии две науки так соединены между собою, что одна без другой в совершенстве быть не могут». Путем умозрительных рассуждений М. В. Ломоносов пришел к выводу, что все тела в природе состоят из мельчайших материальных протяженных частиц — элементов (атомов) и корпускул (молекул). Поскольку органы чувств не способны непосредственно воспринимать эти частицы, он называл их «нечувствительными». Доказывая атомно-молекулярное строение природных тел, М. В. Ломоносов писал: «...хотя тля столь малое насекомое, что ее едва можно разглядеть простым глазом, однако г. де-Малезье наблюдал в микроскоп мельчайшие существа, величина любого из которых относилась к величине тли, как  к 27 000 000; и так как эти существа живут, следонмтельно, имеют части и сосуды, необходимые для движения, питания и чувствования,... которые все должны быть физически расчленены, то ясно, что тела состоят из нечувствительных частиц, поразительно малых и физически разделимых».


В своих работах М. В. Ломоносов дал логически безупречные и близкие к современным определения атомов и молекул: Элемент есть часть тела, не состоящая из каких-либо меньших и отличающихся от него тел. Корпускула есть собрание элементов, образующее одну малую массу... Корпускулы — сущности сложные, не доступные сами по себе наблюдению, т. е. настолько малые, что совершенно ускользают от взора..., поэтому свойства их и способ взаимного расположения должно исследовать при помощи рассуждения ...Корпускулы, состоящие непосредственно из элементов, называются первичными... Корпускулы, имеющие основание своего сложения в других, меньших, чем они, корпускулах, суть производные». М. В. Ломоносов различает однородные молекулы (корпускулы), состоящие из одинакового числа одних и тех же атомов (элементов), и разнородные, «когда элементы их различны и соединены различным образом или в различном числе; от этого зависит бесконечное разнообразие тел». Широко известными стали слова М. В. Ломоносова: «Во тьме должны обращаться физики, а особливо химики, не зная внутреннего нечувствительных частиц строения». Ученый считал, что всякое изменение тел происходит посредством движения составляющих эти тела атомов и молекул, следовательно, тому, кто хочет глубже постигнуть химические истины, необходимо изучать механику и математику.

Молекулярно-кинетические представления М. В. Ломоносова наиболее полно развиты в его диссертации «Опыт теории упругости воздуха» (1748).
Атомы воздуха, писал М. В. Ломоносов, в нечувствительные промежутки времени сталкиваются с другими, сходными, в беспорядочной взаимности, и когда одни находятся в соприкосновении, другие отпрыгивают друг от друга и снова сталкиваются с другими, более близкими, снова отскакивают, так что стремятся рассеяться во все стороны, постепенно отталкиваемые друг от друга такими очень частыми взаимными ударами.


Используя взгляды И. Ньютона и Д. Бернулли на движение и взаимное притяжение и отталкивание упругих частиц, М. В. Ломоносов опроверг существовавшее тогда распространенное мнение о том, что оказываемое воздухом давление связано с наличием между его частицами некоей «упругой». жидкости», и пришел к выводу, что источником этого давления является непосредственное взаимодействие атомов В «Прибавлении к размышлениям об упругости воздуха ученый показал, что давление воздуха при большом его сжаты непропорционально его плотности, поскольку частицы воздуха имеют конечный размер. К этому выводу физики-экспериментаторы пришли спустя сто с лишним лет после Ломоносова (уравнение Ван-дер-Ваальса).


Оценивая значение работ М. В. Ломоносова по атомистике, Д. И. Менделеев писал: «Ломоносов высказал убеждение в атомном строении веществ, и его представления сходни с тем, что ныне признается большинством химиков и физиков, следующих за Дальтоном».


Первые работы Ломоносова по корпускулярной теории н были им опубликованы, так как он хотел найти более убеди тельные доказательства в пользу развиваемых им взглядов положений. В июле 1748 г. ученый писал Эйлеру:  «...Дал всю систему корпускулярной философии мог бы я опубликовать, однако боюсь, как бы не показалось, что я даю ученом миру незрелый плод скороспелого ума, если я выскажу много нового,  что  по  большей   части   противоположно   взглядам принятым  великими  мужами».   «Корпускулярная  философия» Ломоносова включала в себя три основных элемента! атомно-молекулярную теорию строения вещества, молелекулярно-кинетическую теорию и закон сохранения вещества и движения. В том,, что его теория опровергает философские взгляды  монадистов,  Ломоносов  был  твердо  уверен.  В  другом письме к Эйлеру он утверждал:  «...это мистическое учение  должно быть до основания уничтожено моими доказательствами».  Однако  М.  В.  Ломоносов  жалел  своего  учителя X, Вольфа и не хотел омрачать его старость, понимая, что тот весьма болезненно отнесется к критике учения о монадах.

Разрабатывая корпускулярную теорию, М. В. Ломоносов уже в первых своих диссертациях пытается объяснить природу тепловых явлений. Вопрос о природе теплоты волновал в XVII—XVIII вв. многих исследователей. Так, в 1733 г. анонимный автор писал в «Примечаниях на Ведомости»: «Теплота и стужа суть два приключения, которые в телах наибольшие изменения производят и того ради зело того достойны, чтобы о них прилежное рассуждение учинено было*.

 


Современники М. В. Ломоносова объясняли нагревание тел внедрением в них «теплотворной материи» или «теплорода».

Считалось, что теплород обладает способностью заполнять мельчайшие невидимые поры тел и переливаться из более нагретого тела в менее нагретое. Такое представление о тепловых явлениях господствовало в науке вплоть до середины XIX в. Впервые же его опровергнул М. В, Ломоносов.


В окончательном виде теория теплоты была изложена Ломоносовым в его диссертации «Размышления о причине теплоты и холода». (1750). Выдержки из этой работы показывают, как ученый обосновывает свой взгляд на тепловые процессы:
«Очень хорошо известно, что теплота возбуждается движением: от взаимного трения руки согреваются, дерево загорается пламенем; ...железо накаливается от проковывания частыми и сильными ударами... Из всего этого совершенно очевидно, что достаточное основание теплоты заключается в движении».


Невидимое для зрения, движение это заметно по действию. «Так, железо, нагретое почти до накаливания, кажется на глаз находящимся в покое; однако одни тела, придвинутые к нему, оно плавит, другие — превращает в пар; т. е., приводя частицы их в движение, оно тем самым показывает, что и в нем имеется движение какой-то материи. Ведь нельзя отрицать существование движения там, где его не видно: кто, в самом деле, будет отрицать, что, когда через лес проносится сильный ветер, то листья и сучки дерева колышатся, хотя при рассматривании издали и не видно движения...


Так как тела могут двигаться двояким движением — общим, при котором всё тело непрерывно меняет свое место..., и внутренним, которое есть перемена места нечувствительных частиц материи, и так как при самом быстром общем движении часто не наблюдается теплоты, а при отсутствии такового движения наблюдается большая теплота, то очевидно, что теплота состоит во внутреннем движении материи.

Рассмотрев различные возможные виды движения «нечувствительных» частиц, М. В. Ломоносов заключил, что «теплота состоит во внутреннем вращательном движении связанной материи», и вывел отсюда ряд следствий: «Частицы горячих тел вращаются быстрее, более холодных — медленнее. Горячие тела должны охлаждаться при соприкосновении с холодными, так как оно замедляет теплотворное движение частиц; наоборот, холодные тела должны нагреваться вследствие ускорения движения при соприкосновении».


Затем М. В. Ломоносов объяснил на основе молекулярно-кинетических представлений движение частиц воздуха в атмосфере. Он впервые теоретически показал, что атмосферный воздух должен быть тем более разрежен, чем дальше он располагается от поверхности Земли, и что воздух не может простираться до бесконечности, т. е. существует верхняя граница атмосферы.


Исходя из атомно-молекулярных представлений и разработанной им теории тепловых явлений, М. В. Ломоносов объяснил причины понижения твердости тел при повышении их температуры и пришел к важному выводу о существовании абсолютного нуля температуры. Ученый писал: «...нельзя назвать такую большую скорость движения, чтобы мысленно* нельзя было представить себе другую, еще большую. Это справедливости относится, конечно, и к теплотворному движению; поэтому невозможна высшая и последняя степень теплоты как движения. Наоборот, то же самое движение может? настолько уменьшиться, что тело достигает, наконец, состояния совершенного покоя и никакое дальнейшее уменьшение движения невозможно. Следовательно, по необходимости должна существовать наибольшая и последняя степень холода которая должна состоять в полном прекращении вращательного движения частиц. ...Высшей степени холода на нашей земноводном шаре не существует».


Основываясь на принципе сохранения движения, М, В. Ломоносов путем логических рассуждений вывел второе начало термодинамики — закон, обративший на себя внимание ученых лишь во второй половине XIX в. Вот как он выводит этот закон: «Тело А, действуя на тело В, не может придать последнему большую скорость движения, чем какую имеет само. Поэтому если тело В холодно и погружено в теплое жидкое тело А, то тепловое движение частиц тела А приведет в тепловое движение частицы тела В; но в частицах тела В не может быть возбуждено более быстрое движение, чем какое; имеется в частицах тела А, и поэтому холодное тело В, погруженное в тело А, очевидно, не может воспринять больную; степень теплоты, чем какую имеет тело А».


В своей диссертации «Размышления о причине теплоты и! холода» М. В. Ломоносов критикует теорию теплорода. «В наше время, — пишет  он, — причина  теплоты  приписывается! особой материи, которую большинство называет теплотворной, другие — эфиром, а некоторые — элементарным огнем... Это мнение .в умах многих пустило такие глубокие корни и настолько укрепилось, что повсюду приходится читать в физических сочинениях о внедрении в поры тел названной выше теплотворной материи, как бы привлекаемой каким-то приворотным зельем; или, наоборот, — о бурном выходе ее из пор, как бы объятой ужасом». Отвергая взгляды Бойля, который объяснял увеличение массы металлов при прокаливании присоединением к ним «материи огня», Ломоносов утверждал: «...почти что все опыты его над увеличением веса при действии огня сводятся к тому, что весом обладают либо части пламени, сжигающего тело, либо части воздуха, во время обжигания проходящего над прокаливаемым телом».


Свою диссертацию М. В. Ломоносов доложил на конференции Академии наук в январе 1745 г. Его работа произвела на академиков неблагоприятное впечатление, поскольку в ней излагались слишком уж необычные для того времени взгляды. В протоколе конференции было сказано: «Намерение и прилежание г. адъюнкта заслуживают похвалы в изыскании касательно теории теплоты и стужи, но кажется, что он слишком поспешно приступил к делу, которое видится превосходящим его силы; особливо же никак недостаточны его доказательства, которыми он пытался отчасти подтвердить, отчасти  опровергнуть  разные  внутренние  движения  тел... Равным образом было высказано мнение, что  "адъюнкту не следует стараться о порицании трудов Бойля... и извлекать из его сочинений такие только места, в которых он некоторым образом заблуждался, и проходить  молчанием  множество других, где он преподал образцы глубокой учености»1. Диссертации Ломоносова «Размышления о причинах теплоты и холода» и «О действии химических растворителей вообще» (1744) решено было послать на отзыв Эйлеру, мнение которого весьма высоко ценилось в Петербургской академии наук. Ознакомившись в 1747 г. с этими трудами, Эйлер прислал о них в Академию восторженный отзыв:


«Все сии сочинения не токмо хороши, но и превосходны, ибо он изъясняет физические и химические материи, самые нужные и трудные, кои совсем неизвестны и невозможны были к истолкованию самым остроумным ученым людям, с таким основательством, что я совсем уверен в точности его доказательств. При сем случае я должен отдать справедливость господину Ломоносову, что он одарован самым счастливым остроумием для объяснения явлений физических и химических. Желать надобно, чтобы все прочие Академии были в состоянии показать такие изобретения, которые показал господин Ломоносов».


В 1750 г. статья Ломоносова с изложением кинетической теории теплоты была напечатана в научном академическом журнале и сразу же вызвала оживленную дискуссию. Прочитав эту статью, X. Вольф написал своему гениальному ученику: «С великим удовольствием я увидел, что Вы в академических Комментариях себя ученому свету показали, чем Вы великую честь принесли Вашему народу». Однако большиство европейских исследователей отрицательно отнеслись , взглядам русского ученого. Магистр Эрлангенского университета Арнольд специально даже избрал темой своей диссертации, которую он защитил в 1754 г., опровержение молекулярно-кинетической теории теплоты. М. В. Ломоносов слишком далеко опередил свое время, и его важные выводы остались непонятыми. Теория «тепловой материи» оставалась общепринятой еще в течение многих десятков лет. Так, в лекциях, читанных в 80-е годы XVIII в., знаменитый шотландский ученый Джозеф Блэк отмечал: «Многие немецкие французские философы придерживаются мнения, что теплота — это колебательное движение частичек среды. Однако более вероятной является та точка зрения, согласно которой теплота — это род материи, состоящей из частичек, отталкивающихся друг от друга». Ломоносовская теория теплоты получила признание лишь во второй половине XIX В 1865 г. известный русский физико-химик Н. Н. Бекетов ска зал в своей речи: «Читая статью Ломоносова «О причине тепла и холода», невольно переносимся в настоящее время и , маем, что читаем не старинный мемуар первой половит XVIII столетия, а сочинение какого-нибудь Грове, Клаузиуса или Тиндаля. С удивлением приходим к заключению, что воззрение на теплоту как на род движения, которое в последнее время наделало столько шуму и имеет для нас интерес новизны, было уже сто двадцать лет тому назад высказано со всею ясностью и вполне развито нашим русским ученым»

Категория: Научные труды | Добавил: max37 (24.10.2011)
Просмотров: 2707 | Комментарии: 3 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Имя *:
Email *:
Код *:
Читай и запоминай
Уже скоро
Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
//kab23.ucoz.ru © 2024МОУ СОШ №2 г. Шуя