نویسنده: ویلیام کروپر
مترجم: احمد خواجه نصیر طوسی
مترجم: احمد خواجه نصیر طوسی
نظریه گرما تا اواخر قرن هجدهم، که گرما را سیّالی بی وزن به نام «کالریک» می دانستند، به صورت یک علم کمّی ظاهر نشد. شباهت این سیال را به صورت «جریان» ظاهری گرما از دمایی بالا به دمایی پایین تصور می کردند. مهندسان قرن هجدهم می دانستند که یک «ماشین حرارتی» چنانچه اجزای آن ماهرانه طراحی شده باشند، با استفاده از این جریان گرمایی می تواند برونداد کار مفیدی تولید کند.
فرض اساسی نظریه کالریک این بود که گرما «پایستار» است، یعنی تباهی ناپذیر و خلق ناشدنی است. این فرض برای پیشگامان نظریه گرمایی، از جمله سادی کارنو(1)، که مطالعات او درباره ماشین حرارتی آغاز داستان ما از ترمودینامیک است، به خوبی کارآمد بود. اما در سالهای 1840، رابرت مایر(2)، جیمز جول(3)، هرمان هلمهلتز(4) و دیگران این فرض پایستاری گرما را به نقد کشیدند. انتقاد آنان نظریه کالریک را از میان برد، اما برای ایجاد یک نظریه جدید راهنمایی اندکی داشت.
وظیفه ساختن علم گرمایی جدید که سرانجام ترمودینامیک نامیده شد، در سالهای 1850 به دامان ویلیام تامسن (5) و رودولف کلازیوس (6) افتاد. یکی از از اجزای اساسی نظریه آنان، این مفهوم بود که هر سیستمی یک خاصیت ذاتی دارد. تامسن این خاصیت را «انرژی» نامید و بر این باور بود که انرژی تا حدی با حرکت کاتوره ای مولکولهای سیستم مربوط است. او نتوانست این تعبیر مولکولی را بهبود بخشد، زیرا در اواسط قرن نوزدهم ساختار، رفتار و حتی وجود مولکولها بحث انگیز و مورد اختلاف بود، اما او به این دریافت رسید که انرژی سیستم پایستار است، نه گرمای آن. او این استنتاج را در معادله دیفرانسیلی ساده ای بیان کرد.
در ترمودینامیک جدید، انرژی، شریکی همتراز؛ به نام «انتروپی» دارد. کلازیوس مفهوم انتروپی را ارائه و نامگذاری کرد، اما درباره تشخیص اهمیت آن مردّد بود. او در یک معادله دیفرانسیلی ساده دیگر نشان داد که چگونه انتروپی با گرما و دما مربوط می شود، و رسماً قانونی را بیان کرد که امروزه به عنوان قانون دوم ترمودینامیک مشهور است، با این بیان که: در سیستم منزوی، انتروپی به یک مقدار ماکزیمم افزایش می یابد. اما تردید داشت که از این پیشتر برود. این حالت تردید، بار دیگر ناشی از اعتبار فرضیه مولکولی بود.
ترمودینامیک، نیوتون خودش را داشت و آن را ویلارد گیبس (7) بود. در جایی که کلازیوس تردید داشت، گیبس مردد نبود. گیبس به مشارکت انرژی-انتروپی واقف بود و به آن «مفهوم پتانسیل شیمیایی» را افزود که در مطالعه تغییر شیمیایی بسیار سودمند است. او بدون گرفتن راهنمایی زیاد از نتایج آزمایشی-که معدودی از آنها در دسترس بود-طرح خود را در مورد فهرست طویلی از پدیده های متفاوت به کار گرفت. شاهکار گیبس طولانی بود و اما نوشته فشرده ای، به عنوان رساله ای درباره ترمودینامیک، در سالهای 1870 منتشر شد.
رساله گیبس چشم اندازهای نظری بسیار فراتر از نظریه گرما را که کلازیوس و تامسن در جست و جوی آن بودند، گشود. وقتی پیامهای متعدد گیبس فهمیده (یا کشف مجدّد) شد، قلمرو جدیدی پدید آمد. یکی از کاوشگران این قلمرو والتر نرنست (8) بود. او در جریان تحقیق نظریه ای بود برای میل ترکیب شیمیایی، یعنی نیرویی که واکنش شیمیایی را به راه می اندازد. وی از راه غیرمستقیم در قلمرو فیزیک و شیمی دمای پایین به نظریه مطلوب خود دست یافت.
فرض اساسی نظریه کالریک این بود که گرما «پایستار» است، یعنی تباهی ناپذیر و خلق ناشدنی است. این فرض برای پیشگامان نظریه گرمایی، از جمله سادی کارنو(1)، که مطالعات او درباره ماشین حرارتی آغاز داستان ما از ترمودینامیک است، به خوبی کارآمد بود. اما در سالهای 1840، رابرت مایر(2)، جیمز جول(3)، هرمان هلمهلتز(4) و دیگران این فرض پایستاری گرما را به نقد کشیدند. انتقاد آنان نظریه کالریک را از میان برد، اما برای ایجاد یک نظریه جدید راهنمایی اندکی داشت.
وظیفه ساختن علم گرمایی جدید که سرانجام ترمودینامیک نامیده شد، در سالهای 1850 به دامان ویلیام تامسن (5) و رودولف کلازیوس (6) افتاد. یکی از از اجزای اساسی نظریه آنان، این مفهوم بود که هر سیستمی یک خاصیت ذاتی دارد. تامسن این خاصیت را «انرژی» نامید و بر این باور بود که انرژی تا حدی با حرکت کاتوره ای مولکولهای سیستم مربوط است. او نتوانست این تعبیر مولکولی را بهبود بخشد، زیرا در اواسط قرن نوزدهم ساختار، رفتار و حتی وجود مولکولها بحث انگیز و مورد اختلاف بود، اما او به این دریافت رسید که انرژی سیستم پایستار است، نه گرمای آن. او این استنتاج را در معادله دیفرانسیلی ساده ای بیان کرد.
در ترمودینامیک جدید، انرژی، شریکی همتراز؛ به نام «انتروپی» دارد. کلازیوس مفهوم انتروپی را ارائه و نامگذاری کرد، اما درباره تشخیص اهمیت آن مردّد بود. او در یک معادله دیفرانسیلی ساده دیگر نشان داد که چگونه انتروپی با گرما و دما مربوط می شود، و رسماً قانونی را بیان کرد که امروزه به عنوان قانون دوم ترمودینامیک مشهور است، با این بیان که: در سیستم منزوی، انتروپی به یک مقدار ماکزیمم افزایش می یابد. اما تردید داشت که از این پیشتر برود. این حالت تردید، بار دیگر ناشی از اعتبار فرضیه مولکولی بود.
ترمودینامیک، نیوتون خودش را داشت و آن را ویلارد گیبس (7) بود. در جایی که کلازیوس تردید داشت، گیبس مردد نبود. گیبس به مشارکت انرژی-انتروپی واقف بود و به آن «مفهوم پتانسیل شیمیایی» را افزود که در مطالعه تغییر شیمیایی بسیار سودمند است. او بدون گرفتن راهنمایی زیاد از نتایج آزمایشی-که معدودی از آنها در دسترس بود-طرح خود را در مورد فهرست طویلی از پدیده های متفاوت به کار گرفت. شاهکار گیبس طولانی بود و اما نوشته فشرده ای، به عنوان رساله ای درباره ترمودینامیک، در سالهای 1870 منتشر شد.
رساله گیبس چشم اندازهای نظری بسیار فراتر از نظریه گرما را که کلازیوس و تامسن در جست و جوی آن بودند، گشود. وقتی پیامهای متعدد گیبس فهمیده (یا کشف مجدّد) شد، قلمرو جدیدی پدید آمد. یکی از کاوشگران این قلمرو والتر نرنست (8) بود. او در جریان تحقیق نظریه ای بود برای میل ترکیب شیمیایی، یعنی نیرویی که واکنش شیمیایی را به راه می اندازد. وی از راه غیرمستقیم در قلمرو فیزیک و شیمی دمای پایین به نظریه مطلوب خود دست یافت.
پی نوشت ها :
1. Sadi carnot
2. Robert Mayer
3. James Joule
4. Hermann Helmholtz
5. William Thomson
6. Rudolf clausius
7. Willard Gibbs
8. Walther Nernst
