Первое начало термодинамики

Концепция энергии возникла еще до механики Ньютона, неявно содержалась в ней и пережила ее. Лейбниц спорил с Ньютоном об относительной важности понятий силы и vis viva (живой силы, которая позднее стала называться кинетической энергией). Даламбер показал, что их спор был чисто семантическим и что закон сохранения кинетической энергии следует при определенных условиях из механики Ньютона. Однако, если определять энергию лишь как сумму потенциальной и кинетической энергий, нетрудно найти условия, когда такая энергия не сохраняется. Как сказал Юлиус Роберт, фон Майер: «Мы видим в бесконечном числе случаев, как исчезает движение без того, чтобы им было произведено другое движение или поднятие груза».

Это заставляет нас пересмотреть определение энергии и обобщить его так, чтобы энергия всегда сохранялась (при необходимости вводя новые ее формы или новые частицы). Мы спрашиваем: существует ли какая-нибудь макроскопическая величина, которая изменяется, когда движение исчезает, не производя при этом «другого движения»? Ответ мог бы состоять в том, что мы наблюдаем нагревание тел. Известно, что, если стучать молотком по железной болванке, болванка будет нагреваться. Две деревянные палочки нагреваются, если их потереть друг о друга. Может быть, кинетическая и потенциальная энергии, исчезая, переходят в тепло? Но можем ли мы сказать, что теплота есть форма энергии, которая при определенных условиях способна совершать работу?

В 1824 г. Сади Карно¹⁾ опубликовал небольшую работу «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу», в которой он исследовал сначала паровые машины, затем машины вообще, пытаясь решить проблему, как следует строить эти машины, чтобы при заданном количестве тепла они давали максимальную работу. Карно поставил следующий, как он выразился, интересный и важный вопрос:

«Неизменна ли по величине движущая сила тепла, или она меняется вместе с агентом, с помощью которого она развивается, с промежуточной средой, выбранной как орудие действия теплоты?».

1) Он был сыном Лазара Карно, создавшего после Французской революции четырнадцать армий, защищавших Францию от всей Европы. Говорят, что после поражения при Ватерлоо Наполеон сказал Л. Карно: «Месье Карно, я узнал Вас слишком поздно».

С таких вопросов началось слияние учения о теплоте и температуре с механикой и молекулярной теорией.