Термодинамика Джеймса Уатта – проигнорирована или не понята?

При анализе генезиса развития термодинамики как науки в качестве отправной точкой обычно рассматривается теоретическая работа С. Карно, опубликованная в 1824 г. Карно изучил цикл идеального теплового двигателя и сформулировал условие его максимальной эффективности. В настоящей статье будет рассмотрен вклад Дж. Уатта в формирование фундаментальных понятий термодинамики в ходе его работы по усовершенствованию паровой машины Ньюкомена и разработке собственного парового двигателя. Показано, что Уаттом были впервые определены свойства термодинамических величин, такие как скрытая теплота и плотность пара. Авторы доказывают первенство Уатта в исследованиях зависимости давления насыщенного пара от температуры, в которых была обнаружена критическая точка при исчезновении скрытой теплоты. Эти результаты Уатта на много десятилетий опережают исследования термодинамического критического состояния Т. Эндрюса и Дж. Томсона. В статье также рассмотрено исследование Уаттом термодинамических циклов. Показано, что известный в истории термодинамики цикл Ренкина с влажным паром впервые изучил Уатт. Также он был первым ученым, кто ввел понятие объемной работы паровой машины, определяемое как произведение давления и объема, и разработал прибор, позволяющий измерять эту величину, индикатор давления. Рассмотрены результаты, полученные Уаттом, опережающие работы Дж. Прескотта Джоуля по охлаждению и конденсации пара в процессе расширения. В статье представлена интерпретация патента Уатта 1769 г., который имеет большое значение как первоисточник для последующего изучения и установления принципов преобразования энергии. Фактический материал, приведенный в статье, показывает, что научные исследования Уатта не включены в историю термодинамики, и это позволяет сделать вывод, что в истории термодинамики научные исследования Уатта остались не поняты, либо их просто не заметили.

Ключевые слова

Дж. Уатт, паровая машина, термодинамика, индикаторная диаграмма, скрытая теплота, давление пара, критическая точка, конденсация, отдельный конденсатор, патент Дж. Уатта, расширение пара, термодинамические циклы

Источник финансирования

Один из авторов настоящей статьи, Й. Митрович, выражает искреннюю благодарность профессору Кристине Маклеод (Бристольский университет, Великобритания) за предоставление копий некоторых литературных источников.

Получено

12.11.2020

Дата публикации

29.09.2021

Кол-во символов

102389

Цитировать

ГОСТ	Митрович Й. , Смык А. Ф. Термодинамика Джеймса Уатта – проигнорирована или не понята? // Вопросы истории естествознания и техники – 2021. – Tом 42. – №3 C. 397-442 [Электронный ресурс]. URL: https://vietmag.org/S020596060016355-2-1 (дата обращения: 20.04.2024). DOI: 10.31857/S020596060016355-2
MLA	Mitrovic, Jovan, Smyk, Alexandra "Thermodynamics of James Watt – Ignored or not Understood?." Voprosy istorii estestvoznaniia i tekhniki 42.3 (2021):397-442. DOI: 10.31857/S020596060016355-2
APA	Mitrovic J., Smyk A. (2021). Thermodynamics of James Watt – Ignored or not Understood?. Voprosy istorii estestvoznaniia i tekhniki 42(3), pp.397-442 DOI: 10.31857/S020596060016355-2

100 руб.

При оформлении подписки на статью или выпуск пользователь получает возможность скачать PDF, оценить публикацию и связаться с автором. Для оформления подписки требуется авторизация.

Оператором распространения коммерческих препринтов является ООО «Интеграция: ОН»

Всего подписок: 0, всего просмотров: 487

Оценка читателей: голосов 0

1. Andrews, Th. (1869) The Bakerian Lecture: On the Continuity of the Gaseous and Liquid States of Matter, Philosophical Transactions of the Royal Society of London, vol. 159, pp. 575–590.

2. Cardwell, D. S. L. (1971) From Watt to Clausius: The Rise of Thermodynamics in the Early Industrial Age. Ithaca, NY: Cornell University Press.

3. Carnegie, A. (1905) James Watt. New York: Doubleday, Page & Company.

4. Carnot, S. (1824) Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développercette puissance. Paris: Bachelier.

5. Carnot, S. (1986) Reflexions on the Motive Power of Fire. A Critical Edition with the Surviving Scientific Manuscripts. Manchester: Manchester University Press and New York: Lilian Barber Press, Inc.

6. Clapeyron, É. (1834) Mémoire sur la puissance motrice de la chaleur, Journal de lʼÉcole royalepolytechnique, vol. 14, no. 23, pp. 153–190.

7. Clark, D. K. (1852) Expansive Working of Steam in Locomotives, in: Institution of Mechanical Engineers. Proceedings. Birmingham: Published by the Institution, pp. 60–88, 109–131.

8. Darwin, E. (1788) Frigorific Experiments on the Mechanical Expansion of Air, Philosophical Transactions of the Royal Society, vol. 78, pp. 43–52.

9. Desaguliers, J. T. (1744) A Course of Experimental Philosophy. London: Printed for W. Innys, M. Senex, T. Longman.

10. Dickinson, H. W., and Jenkins, R. (1927) James Watt and the Steam Engine. Oxford: Clarendon Press.

11. Edelstein, S. M. (1948) Priestley Settles the Water Controversy, Chymia, vol. 1, pp. 123–137.

12. Farey, J. (1827) A Treatise on the Steam Engine, Historical, Practical, and Descriptive. London: Printed for Longman, Rees, Orme, Brown, and Green.

13. Fox, R. (1970) Wattʼs Expansive Principle in the Work of Sadi Carnot and Nicolas Clément, Notes and Records of the Royal Society of London, vol. 24, no. 2, pp. 233–253.

14. Fox, R. (1988) Anmerkungen zum Text der “Betrachtungen”, in: Carnot, S. Betrachtungen über die bewegende Kraft des Feuers und die zur Entwickelung dieser Kraft geeigneten Maschinen. Braunschweig and Wiesbaden: Friedr. Vieweg & Sohn.

15. Goodeve, T. M. (1888) Textbook on the Steam Engine with a Supplement on Gas Engines. 9 th ed. London: Crosby Lockwood and Co.

16. Gvozdetskii, V. L. (1987) Formirovanie teorii parovoi mashiny [Formation of Steam Engine Theory], Voprosy istorii estestvoznaniia i tekhniki, no. 2, pp. 102–112.

17. Hiebert, E. (1959) Commentary, in: Clagett, M. (ed.) Critical Problems in the History of Science. Proceedings of the Institute for the History of Science at the University of Wisconsin, September 1–11, 1957. Madison: University of isconsin Press, pp. 391–398.

18. Holland, R. S. Historic Inventions. Chapter IV. Watt and Steam Engine, http://gutenberg.readingroo.ms/4/2/5/1/42517/42517-h/42517-h.htm#IV.

19. Joule, J. P. (1845) On the Changes of Temperature Produced by the Rarefaction and Condensation of Air, The Philosophical Magazine and Journal of Science, vol. 26, no. 174, pp. 369–383.

20. Jungnickel, C., and McCormmach, R. (2016) Cavendish: The Experimental Life. 2 nd ed., http://edition-open-access.de/studies/7/.

21. Kamenskii, A. V. (1891) Dzheims Uatt. Ego zhiznʼ i nauchno-prakticheskaia deiatelʼnostʼ [James Watt. His Life and Scientific and Practical Work]. Sankt-Peterburg: Tipografiia gazety “Novosti”.

22. Karno, S. (Carnot, S.) (1923) Razmyshleniia o dvizhushchei sile ognia i o mashinakh, sposobnykh razvivatʼ etu silu [Reflections on the Motive Power of Fire, and on Machines Fitted to Develop That Power]. Moskva and Leningrad: Gostekhizdat.

23. Konfederatov, I. Ia. (1969) Dzheims Uatt [James Watt]. Moskva: Nauka.

24. Kuhn, Th. (1959) Energy Saving as an Example of Simultaneous Discovery, in: Clagett, M. (ed.) Critical Problems in the History of Science. Proceedings of the Institute for the History of Science at the University of Wisconsin, September 1–11, 1957. Madison: University of Wisconsin Press, pp. 321–356.

25. Miller, D. Ph. (2002) ‘Distributing Discovery’ between Watt and Cavendish: A Reassessment of the Nineteenth-Century ‘Water Controversy’, Annals of Science, vol. 59, no. 2, pp. 149–178.

26. Miller, D. Ph. (2004) Discovering Water: James Watt, Henry Cavendish and the Nineteenth-Century “Water Controversy”. Aldershot and Burlington: Ashgate.

27. Miller, D. Ph. (2004) True Myths: James Wattʼs Kettle, His Condenser and His Chemistry, History of Science, vol. 42, no. 3, pp. 333–360.

28. Miller, D. Ph. (2011) The Mysterious Case of James Watt’s “1785” Steam Indicator’: Forgery or Folklore in the History of an Instrument? International Journal for the History of Engineering & Technology, vol. 81, no. 1, pp. 130–131.

29. Miller, D. Ph. (2016) James Watt, Chemist: Understanding the Origins of the Steam Age. Pittsburgh: Pittsburgh University Press.

30. Muirhead, J. P. (1854) The Origin and Progress of the Mechanical Inventions of James Watt. London: John Murray, vol. 3.

31. Muirhead, J. P. (ed.) (1846) Correspondence of the Late James Watt on His Discovery of the Theory of the Composition of Water. London: John Murray and Edinburg: William Blackwood and Sons.

32. Newton, I. (1730) Opticks: Or, A Treatise of the Reflections, Refractions, Inflections and Colours of Light. 4 th ed. London: Printed for William Innys at the West-End of St. Paulʼs.

33. Pacey, A. J. (1974) Some Early Heat Engine Concepts and the Conservation of Heat? The British Journal for the History of Science, vol. 7, no. 2, pp. 135–145.

34. Papin, D. A (1681) New Digester for Softening Bones […]. London: Printed by J. M. for Henry Bonwicke.

35. Radtsig, A. A. (1924) Dzheims Uatt i izobretenie parovoi mashiny [James Watt and the Inventionof the Steam Engine]. Petrograd: Nauchnoe khimiko-tekhnicheskoe izdatelʼstvo. Nauchno-tekhnicheskii otdel VSNKh.

36. Radtsig, A. A. (1936) Istoriia teplotekhniki [History of Thermal Engineering]. Moskva and Leningrad: Izdatelʼstvo AN SSSR.

37. Rankine, W. J. M. (1869) A Manual of the Steam Engine and other Prime Movers. 4 th ed. London:Charles Griffin and Company.

38. Robison, J. (1822) A System of Mechanical Philosophy. In 4 vols. Edinburgh: Printed for John Murray, London, vol. 2.

39. Smiles, S. (1865) Lives of Boulton and Watt. London: John Murray.

40. Smith, C. W. (1977) William Thomson and the Creation of Thermodynamics: 1840–1855, Archives for the History of Exact Sciences, vol. 16, pp. 231–288.

41. Smyk, A. F. (2019) Teoriia teplovoi mashiny v trudakh S. Karno i B. Klapeirona [Heat Engine Theory in the Works of S. Carnot and B. Clapeyron], Avtomobilʼ. Doroga. Infrastruktura, no. 1 (19), p. 22.

42. Smyk, A. F., and Kuzʼmina, N. B. (2019) Analogii v postroenii fenomenologicheskoi teorii idealʼnoi teplovoi mashiny [The Analogies in the Construction of the Phenomenological Theory of an Ideal Heat Engine], Istoriia nauki i tekhniki, no. 6, pp. 3–9.

43. Steam (1832), in: Brewster, D. (ed.) The Edinburgh Encyclopaedia. Philadelphia: Joseph Parker, vol. 17, pp. 390.

44. Stuart, R. (1829) A Descriptive History of the Steam Engine. London: Whittaker, Treacher, and Arnot.

45. Thomson, J. (1871) Continuity of the Fluid and Gaseous States of Matter, Nature, vol. 5, no. 110, pp. 106–108.

46. Thomson, W. (1889) Electrical Units of Measurement. A Lecture Delivered at the Institution of Civil Engineers on May 3, 1883, in: Thomson, W. Popular Lectures and Addresses. In 3 vols. London: Macmillan and Co., vol. 1, pp. 73–136.

47. Thorpe, E. (ed.) (1921) The Scientific Papers of the Honourable Henry Cavendish. Cambridge: Cambridge University Press, vol. 2: Chemical and Dynamical Works.

48. Thurston, R. H. (1886) A History of the Growth of the Steam-Engine. 2 nd ed. New York: D. Appleton and Company.

49. Watt, J. (1784) Thoughts on the Constituent Parts of Water and of Dephlogisticated Air; With an Account of Some Experiments on That Subject; Letter from Mr. James Watt to Mr. De Luc, F. R. S., Philosophical Transactions of the Royal Society of London, vol. 74, pp. 329–353.

50. Wilson, G. (1851) The Life of the Hon ble Henry Cavendish, Including Abstracts of His More Important Scientific Papers, and a Critical Inquiry into the Claims of All the Alleged Discoverers of the Composition of Water. London: Printed for the Cavendish Society.