История и методология физики

ИСТОРИЯ ТЕПЛОТЫ 
Истоки представлений о теплоте 
Представления об огне и свете отражались еще в древнейших сказаниях 
Востока. С античных времен считалось, что огонь - особый элемент, одна из «стихий» 
природы. Развивая представления об огне, Платон исходил из того, что имеются 
разные виды огня – существуют «материя пламени», «материя света», «материя 
тепла». Материю тепла называли теплородом. В течение многих столетий идея о 
теплороде использовалась в разных вариантах. Она была основой представлений о 
тепловых явлениях. 
В 1620г. Фрэнсис Бэкон в трактате «Новый органон» впервые высказал гипотезу 
о том, что тепло есть состояние движения внутренних частей тел. Аналогичных 
взглядов придерживался Роберт Бойль, который в 1675 г. впервые продемонстрировал 
превращение упорядоченного движения в беспорядочное, тепловое. Бэкон и Бойль 
рассматривали теплоту как проявление движения мелких частиц, из которых состоит 
тело. Так они заложили основы кинетических представлений. (греческое слово 
«кинетикос» — «приводящий в движение»). В дальнейшем кинетические воззрения на 
теплоту развивали Роберт Гук, Иоганн и Даниил Бернулли и др. Швейцарский ученый 
Даниил Бернулли (1700-1782) в работе «Гидродинамика», изданной в 1738 г. 
рассматривал газ как совокупность большого количества мельчайших частиц, которые 
движутся «чрезвычайно быстро в различных направлениях и обладают тяжестью». 
Теплоту он связывал с движением этих частиц, поскольку «известно, что когда 
повсюду возрастает внутреннее движение частиц, то теплота увеличивается». 
Давление газа на стенки он считал результатом совокупного действия этих частиц. 
Аналогичные мысли высказывал М.В.Ломоносов. Он считал, что в природе 
существует два вида «нечувствительных частиц» материи: «элементы», т.е. атомы, и 
«корпускулы», т.е. молекулы. Он полагал, что «элемент есть часть тела, не 
состоящая из каких-либо других меньших и отличных между собой тел», а 
«корпускула есть собрание элементов в одну небольшую массу». В своей диссертации 
«Размышления о причине тепла и холода» (1744) Ломоносов видел причину тепла и 
холода «во взаимном движении нечувствительных физических частичек». Он пришел 
к выводу, что «причина теплоты состоит во внутреннем вращательном движении», 
при этом «частички горячих тел должны вращаться быстрее, более холодных - 
медленнее». Он же сформулировал в 1748 г. положение, что материя и движение не 
уничтожимы и не сотворимы.
Представления о том, что теплота связана с движением мельчайших частиц 
вещества, были распространены в ученом мире в XVII в. и первой половине XVIII в. 
Леонард Эйлер, получивший премию за лучшую работу о природе тепла, писал в 1752 

---

г. «То, что теплота заключается в некотором движении малых частиц тела, теперь 
уже достаточно ясно». Но во второй половине XVIII в. вновь стала преобладать 
материальная, или субстанциальная теория теплоты. Эта теория постулировала 
существование флюида специального рода - теплорода, ответственного за тепловые 
явления. В теории теплорода одним из основных понятий было количество теплоты, 
которое по существу не требовало определения. Этот термин перешел в современную 
физику, хотя представления о теплоте совершенно отвергают идею о теплороде. 
Под теплотой понимают энергию, переданную телу окружающей средой 
(резервуаром) в результате теплового контакта и полученную телом в таком процессе. 
Энергия, переданная телу другими способами, есть работа. Понятие температуры 
возникло для характеристики различной степени нагретости тел на основе наших 
чувственных восприятий. Постепенно количественное определение температуры 
формировалось на основе объективных физических явлений и фактов, свободных от 
субъективных ощущений. До XVIII в. не различали понятий количества теплоты и 
температуры, и не было способов их измерения. Вместе с тем накопленные опытные 
данные требовали их осмысления и введения соответствующей терминологии, а также 
количественных характеристик и единиц измерения. Первые шкалы температур 
возникли в начале XVIII в. В 1724 г. амстердамский коммерсант и любитель-физик 
Фаренгейт (1686-1736) обозначил температуру смеси льда, поваренной соли и 
нашатыря числом 32. В качестве второй точки он принял температуру человеческого 
тела, и обозначил ее числом 98. Впоследствии за вторую точку он принял температуру 
кипения воды с числом 212. Это - шкала Фаренгейта. В 1730г. французский инженер 
Реомюр (1683-1757) ввел другую шкалу температур. Температуру таяния льда он 
принял за 0, а температуру кипения воды - за 80. Термометры Реомюра вначале 
заполнялись спиртом, который впоследствии был заменен ртутью. В 1742 г. шведский 
астроном и физик Цельсий (1701-1744) приписал температуре таяния льда 100°, а 
температуре кипения воды 0°. В дальнейшем шкала Цельсия была перевернута, и в 
таком виде она широко используется и в настоящее время. В 1848 г. лорд Кельвин 
ввел абсолютную термодинамическую шкалу температуры (шкалу Кельвина). Она 
связана со шкалой Цельсия соотношением: Т (К) =t°С+273,15 . С 1954 г. в этой шкале 
в качестве основной фиксированной точки используется тройная точка воды, которой 
приписывается температура, равная 273, 16 К. (Тройная точка воды определяет 
единственную температуру и единственное давление, при которых сосуществуют 
вода, лед и водяные пары.) Нуль термодинамической стоградусной шкалы лежит на 
0,001 K ниже тройной точки чистой воды, т.е., по определению, абсолютный нуль в 
стоградусной шкале равен -273, 15° С. В 1968 г. была принята международная 
практическая температурная шкала (МПТШ-68), основанная на одиннадцати 
температурных точках, которые с достаточной точностью воспроизводятся в 
экспериментах.
Материальная теория теплоты развивалась в XVIII в., главным образом, в 
работах шотландского физика и химика Джозефа Блэка (1728-1799). В 1762 г. Блэк 

---

обратил внимание, что при постепенном нагревании льда наблюдается задержка в 
росте температуры. Он пришел к выводу, что теплота, сочетавшаяся с телом, не может 
обнаруживаться термометром. Это - «скрытая теплота», на термометр действует 
лишь «свободная теплота». Он открыл также скрытую теплоту парообразования. 
Тепловые процессы он объяснял с помощью своеобразных формул: 
Лед + Теплород = Вода; Вода + Теплород = Пар. 
Блэк ввел также понятие теплоемкости. Он впервые указал, что следует 
различать понятия количества теплоты и температуры. Успех теории Блэка был связан 
с тем, что с ее помощью можно было проводить количественные измерения тепловых 
явлений, и получать практические рекомендации для теплотехники. В то время это 
было особенно необходимо в связи с созданием паровой машины. 
Все же механические представления о теплоте не исчезли даже во второй 
половине XVIII в., хотя они носили, в основном, качественный характер. Особенно 
наглядными и убедительными были публичные опыты английского физика 
Бенджамина Румфорда (1753-1814) по рассверливанию тупым сверлом орудийного 
ствола, помещенного в сосуд с водой. В результате через 2,5 часа работы сверла вода 
закипала. Румфорд пришел к выводу, что теплота является особым видом движения – 
движением частиц вещества. 
В 1783 г. один из основателей химии Антуан Лавуазье (1743-1794) и Пьер 
Лаплас в «Мемуаре о теплоте» рассмотрели обе конкурирующие теории теплоты. 
Они впервые отметили, что основу кинетической теории теплоты составляет «принцип 
сохранения живых сил». (Под живой силой со времен Лейбница понимали 
произведение массы частицы на квадрат ее скорости). Однако они не сделали вывода о 
том, какая из этих теорий предпочтительна. 
Наряду с представлениями о теплороде среди химиков XVII-XVIII вв. 
распространенным было представление о флогистоне («воспламеняемый, горючий»), 
который считался «началом горючести». По этим представлениям флогистон является 
составной частью веществ, которую они теряют при горении и обжиге (Георг Шталъ, 
1660-1734). Лавуазье с помощью опытов убедительно доказал ошибочность гипотезы 
о флогистоне. В конце XVIII - начале XIX в. в борьбу против теплорода включились 
философы Шеллинг (1775-1854) и Гегель (1770-1831). Они доказывали, что свет и 
теплота - не различные материи, а различные состояния материи.
Однако ни прямые эксперименты, ни выводы философов не могли еще 
поколебать устоявшегося учения о теплороде. Большинство физиков того времени