Закон сохранения энергии майер: Майер. Закон сохранения энергии. DjVu

Содержание

Закон сохранения энергии — Эко Энергия

Закон сохранения энергии

Открытие закона сохранения энергии

Закон сохранения энергии — фундаментальный закон природы, установленный эмпирически и заключающийся в том, что энергия изолированной (замкнутой) физической системы сохраняется с течением времени. Другими словами, энергия не может возникнуть из ничего и не может исчезнуть в никуда, она может только переходить из одной формы в другую.

Фундаментальный смысл закона

Закон сохранения энергии — «фундаментальный закон природы, установленный эмпирически и заключающийся в том, что энергия изолированной (замкнутой) физической системы сохраняется с течением времени». Другими словами, энергия не может возникнуть из ничего и не может исчезнуть в никуда, она может только переходить из одной формы в другую.

С фундаментальной точки зрения, согласно теореме Нётер, закон сохранения энергии является следствием однородности времени и в этом смысле является универсальным, то есть присущим системам самой разной физической природы. Другими словами, для каждой конкретной замкнутой системы, вне зависимости от её природы можно определить некую величину, называемую энергией, которая будет сохраняться во времени. При этом выполнение этого закона сохранения в каждой конкретно взятой системе обосновывается подчинением этой системы своим специфическим законам динамики, вообще говоря различающимся для разных систем.

Поскольку закон сохранения энергии относится не к конкретным величинам и явлениям, а отражает общую, применимую везде и всегда, закономерность, то более правильным является его именование не законом, а принципом сохранения энергии.

С математической точки зрения закон сохранения энергии эквивалентен утверждению, что система дифференциальных уравнений, описывающая динамику данной физической системы, обладает первым интегралом движения, связанным с симметричностью уравнений относительно сдвига во времени.

Согласно теореме Нётер каждому закону сохранению ставится в соответствие некая симметрия уравнений, описывающих систему. В частности, закон сохранения энергии эквивалентен однородности времени, то есть независимости всех законов, описывающих систему, от момента времени, в который система рассматривается.

Вывод этого утверждения может быть произведён, например, на основе лагранжева формализма. Если время однородно, то функция Лагранжа, описывающая систему, не зависит явно от времени, поэтому полная её производная по времени имеет вид:

Сумма, стоящая в скобках, по определению называется энергией системы и в силу равенства нулю полной производной от неё по времени она является интегралом движения (то есть сохраняется).

История открытия закона сохранения и превращения энергии

В 1841 г. русский ученый Ленц и англичанин Джоуль почти одновременно и независимо друг от друга экспериментально доказали, что теплота может быть создана за счет механической работы. Джоуль определил механический эквивалент тепла. Эти и другие исследования подготовили открытие закона сохранения и превращения энергии. В 1842—1845 г.г. немецкий ученый Р. Майер сформулировал этот закон на основе обобщения данных естествознания о механическом движении, электричестве, магнетизме, химии и даже физиологии человека. Одновременно в Англии (Гров) и в Дании (Кольдинг) были высказаны аналогичные идеи. Несколько позднее этот закон разрабатывал Гельмгольц (Германия)

Воззрения на теплоту как форму движения мельчайших «нечувствительных» частиц материи высказывались еще в XVII в. Ф. Бэкон, Декарт, Ньютон, Гук и многие другие приходили к мысли, что теплота связана с движением частиц вещества []. Но со всей полнотой и определенностью эту идею разрабатывал и отстаивал Ломоносов. Однако он был в одиночестве, его современники переходили на сторону концепции теплорода, и, как мы видели, эта концепция разделялась многими выдающимися учеными XIX столетия.

Успехи экспериментальной теплофизики, и прежде всего калориметрии, казалось, свидетельствовали в пользу теплорода. Но тот же XIX в. принес наглядные доказательства связи теплоты с механическим движением. Конечно, факт выделения тепла при трении был известен с незапамятных времен. Сторонники теплоты усматривали в этом явлении нечто аналогичное электризации тел трением — трение способствует выжиманию теплорода из тела. Однако в 1798 г. Бенжамен Томпсон (1753―1814), ставший с 1790 г. графом Румфордом, сделал в мюнхенских военных мастерских важное наблюдение: при высверливании канала в пушечном стволе выделяется большое количество тепла. Чтобы точно исследовать это явление, Румфорд проделал опыт по сверлению канала в цилиндре, выточенном из пушечного металла. В высверленный канал помещали тупое сверло, плотно прижатое к стенкам канала и приводившееся во вращение. Термометр, вставленный в цилиндр, показал, что за 30 минут операции температура поднялась на 70 градусов Фаренгейта. Румфорд повторил опыт, погрузив цилиндр и сверло в сосуд с водой. В процессе сверления вода нагревалась и спустя 2,5 часа закипала. Этот опыт Румфорд считал доказательством того, что теплота является формой движения.

Опыты по получению теплоты трением повторил Дэви. Он плавил лед трением двух кусков друг о друга. Дэви пришел к выводу, что следует оставить гипотезу о теплороде и рассматривать теплоту как колебательное движение частиц материи.

По Майеру, все движения и изменения в мире порождаются «разностями», вызывающими силы, стремящиеся уничтожить эти разности. Но движение не прекращается, потому что силы неуничтожаемы и восстанавливают разности. «Таким образом, принцип, согласно которому раз данные силы количественно неизменны, подобно веществам, логически обеспечивает нам продолжение существования разностей, а значит, и материального мира». Эта формулировка, предложенная Майером, легко уязвима для критики. Не определено точно понятие «разность», неясно, что понимается под термином «сила». Это предчувствие закона, а не самый еще закон. Но из дальнейшего изложения понятно, что под силой он понимает причину движения, которое измеряется произведением массы на скорость. «Движение, теплота и электричество представляют собою явления, которые могут быть сведены к одной силе, которые измеряются друг другом и переходят друг в друга по определенным законам». Это вполне определенная и ясная формулировка закона сохранения и превращения силы, т.е. энергии.

Задавшись целью применить идеи механики в физиологии, Майер начинает с выяснения понятия силы. И здесь он вновь повторяет мысль о невозможности возникновения движения из ничего, сила — причина движения, а причина движения является неразрушимым объектом. Эта формулировка поразительно напоминает формулировку «всеобщего закона» Ломоносова, распространяемого им «и на самые правила движения». Заметим, что выдвижение Ломоносовым и Майером всеобщего закона сохранения в качестве «верховного закона природы» принято современной наукой, которая формулирует многочисленные конкретные законы сохранения в качестве основной опоры научного исследования.

Майер подробно подсчитывает механический эквивалент теплоты из разности теплоемкостей газа (этот подсчет нередко воспроизводится в школьных учебниках физики) и находит его, опираясь на измерения Делароша и Берара, а также Дюлонга, определивших отношение теплоемкостей для воздуха равным 367 кгс-м/ккал. Он закончил развитие своих идей к 1848 г., когда в брошюре «Динамика неба в популярном изложении» он поставил и сделал попытку решить важнейшую проблему об источнике солнечной энергии. Майер понял, что химическая энергия недостаточна для восполнения огромных расходов энергии Солнца. Но из других источников энергии в его время была известна только механическая энергия. И Майер сделал вывод, что теплота Солнца восполняется бомбардировкой его метеоритами, падающими на него со всех сторон непрерывно из окружающего пространства. Он признает, что открытие сделано им случайно (наблюдение на Яве), но «оно все же моя собственность, и я не колеблюсь защищать свое право приоритета». Майер указывает далее, что закон сохранения энергии, «а также численное выражение его, механический эквивалент теплоты, были почти одновременно опубликованы в Германии и Англии». Он указывает на исследования Джоуля и признает, что Джоуль «открыл безусловно самостоятельно» закон сохранения и превращения энергии и что «ему принадлежат многочисленные важные заслуги в деле дальнейшего обоснования и развития этого закона». Но Май ер не склонен уступать свое право на приоритет и указывает, что из самих его работ видно, что он не гонится за эффектом. Это, однако, не означает отказа от прав на свою собственность.

Задолго до Джоуля исследования были начаты петербургским академиком Э.Х. Ленцем, который опубликовал свою работу в 1843 г. под заглавием «О законах выделения тепла гальваническим током». Упоминает Ленц о работе Джоуля, публикация которого опередила публикацию Ленца, но считает, что, хотя его результаты в «основном совпадают с результатами Джоуля», они свободны от тех обоснованных возражений, которые вызывают работы Джоуля.

Ленц тщательно продумал и разработал методику эксперимента, испытал и проверил тангенс-гальванометр, служивший у него измерителем тока, определил применяемую им единицу сопротивления (напомним, что закон Ома к этому времени еще не вошел во всеобщее употребление), а также единицы тока и электродвижущей силы, выразив последнюю через единицы тока и сопротивления. Он тщательно изучил поведение сопротивлений, в частности исследовал вопросе существовании так называемого «переходного сопротивления» при переходе из твердого тела в жидкость. Это понятие вводилось некоторыми физиками в эпоху, когда закон Ома еще не был общепризнанным. Затем он перешел к основному эксперименту, результаты которого сформулировал в следующих двух положениях: нагревание проволоки гальваническим током пропорционально сопротивлению проволоки; нагревание проволоки гальваническим током пропорционально квадрату служащего для нагревания тока. Точность и обстоятельность опытов Ленца обеспечили признание закона, вошедшего в науку под названием закона Джоуля — Ленца.

Джоуль сделал свои эксперименты по выделению тепла электрическим током исходным пунктом дальнейших исследований выяснения связи между теплотой и работой. Уже на первых опытах он стал догадываться, что теплота, выделяемая в проволоке, соединяющей полюсы гальванической батареи, порождается химическими превращениями в батарее, т. е. стал прозревать энергетический смысл закона. Чтобы выяснить далее вопрос о происхождении «джоулева тепла» (как теперь называется теплота, выделяемая электрическим током), он стал исследовать теплоту, выделяемую индуцированным током. В работе «О тепловом эффекте магнитоэлектричества и механическом эффекте теплоты», доложенной на собрании Британской Ассоциации в августе 1843 г., Джоуль сформулировал вывод, что теплоту можно создавать с помощью механической работы, используя магнитоэлектричество (электромагнитную индукцию), и эта теплота пропорциональна квадрату силы индукционного тока.

Вращая электромагнит индукционной машины с помощью падающего груза, Джоуль определил соотношение между работой падающего груза и теплотой, выделяемой в цепи. Он нашел в качестве среднего результата из своих измерений, что «количество тепла, которое в состоянии нагреть один фунт воды на один градус Фаренгейта, может быть превращено в механическую силу, которая в состоянии поднять 838 фунтов на вертикальную высоту в один фут». Переводя единицы фунт и фут в килограммы и метры и градус Фаренгейта в градус Цельсия, найдем, что механический эквивалент тепла, вычисленный Джоулем, равен 460 кгс-м/ккал. Этот вывод приводит Джоуля к другому, более общему выводу, который он обещает проверить в дальнейших экспериментах: «Могучие силы природы… неразрушимы, и… во всех случаях, когда затрачивается механическая сила, получается точное эквивалентное количество теплоты». Он утверждает, что животная теплота возникает в результате химических превращений в организме и что сами химические превращения являются результатом действия химических сил, возникающих из «падения атомов» Таким образом, в работе 1843 г. Джоуль приходит к тем же выводам, к которым ранее пришел Майер.

Джоуль продолжал свои эксперименты и в 60-х и в 70-х годах. В 1870 г. он вошел в состав комиссии по определению механического эквивалента теплоты. В состав этой комиссии входили В. Томсон, Максвелл и другие ученые. Но Джоуль не ограничился работой экспериментатора. Он решительно встал на точку зрения кинетической теории теплоты и стал одним из основоположников кинетической теории газов. Об этой работе Джоуля будет сказано позднее.

В отличие от своих предшественников Гельмгольц связывает закон с принципом невозможности вечного двигателя (peгрetuum mobile). Этот принцип принимал еще Леонардо да Винчи, ученые XVII в. (вспомним, что Стевин обосновал закон наклонной плоскости невозможностью вечного движения), и, наконец, в XVIII в. Парижская Академия наук отказалась рассматривать проекты вечного двигателя. Гельмгольц считает принцип невозможности вечного двигателя тождественным принципу, что «все действия в природе можно свести на притягательные или отталкивательные силы». Материю Гельмгольц рассматривает как пассивную и неподвижную. Для того чтобы описать изменения, происходящие в мире, ее надо наделить силами как притягательными, так и отталкивательными. «Явления природы, — пишет Гельмгольц, — должны быть сведены к движениям материи с неизменными движущими силами, которые зависят только от пространственных взаимоотношений».

Разными путями шли открыватели закона сохранения и превращения энергии к его установлению. Майер, начав с медицинского наблюдения, сразу рассматривал его как глубокий всеобъемлющий закон и раскрывал цепь энергетических превращений от космоса до живого организма. Джоуль упорно и настойчиво измерял количественное соотношение теплоты и механической работы. Гельмгольц связал закон с исследованиями великих механиков XVIII в. Идя разными путями, они наряду со многими другими современниками настойчиво боролись за утверждение и признание закона вопреки противодействию цеховых ученых. Борьба была нелегкой и порой принимала трагический характер, но она окончилась полной победой. Наука получила в свое распоряжение великий закон сохранения и превращения энергии.

Однако в различных разделах физики по историческим причинам закон сохранения энергии формулируется по-разному, в связи с чем говорится о сохранении различных видов энергии. Например, в термодинамике закон сохранения энергии выражается в виде первого начала термодинамики. Поскольку закон сохранения энергии относится не к конкретным величинам и явлениям, а отражает общую, применимую везде и всегда, закономерность, то более правильным является его именование не законом, а принципом сохранения энергии.

Открытие закона сохранения и превращения энергии

Развитие теплофизики тормозилось в частности из-за того, что понятие «энергия» не было строго определено. При этом в трудах целого ряда ученых встречаются догадки о существовании закона сохранения «движущей силы», где под движущей силой подразумевается та величина, которую мы сегодня называем энергией.

В частности, из записей в дневнике Карно, опубликованных после смерти ученого, стало ясно, что в последние годы жизни он пришёл к выводу о существовании закона сохранения энергии: «Движущая сила существует в природе в неизменном количестве; она, собственно говоря, никогда не создаётся, никогда не уничтожается; в действительности она меняет форму, т. е. вызывает то один род движения, то другой, но никогда не исчезает». Специфика терминологии Карно не должна нас смущать; в его время ещё путали разные понятия: силу, энергию, импульс. Собственно говоря, термина «энергия» ещё не существовало; мы уже упоминали выше, что величина

mv² именовалась «живой силой» в отличие от «мёртвой силы», например, энергии сжатой пружины. Механики XVIII – начала XIX века спорили о том, что является мерой движения – «живая сила» или количество движения mv. Спорящие стороны не могли различить действие силы за некоторый промежуток времени, измеряемое изменением количества движения, и её действие на некотором пути, измеряемое изменением кинетической энергии.

Поэтому на современном языке приведённая выше выдержка из дневника Карно означает не что иное, как закон сохранения энергии. Более того, в дневнике Карно содержалось следующее утверждение: «Тепло есть не что иное, как движущая сила или, вернее, движение, изменившее свой вид; это движение частиц тел; повсюду, где происходит уничтожение движущей силы, возникает одновременно теплота в количестве, точно пропорциональном количеству исчезнувшей движущей силы».

Периодом, решающим для окончательного утверждения закона сохранения и превращения энергии, оказалась середина XIX века. Начало исследованиям в этом направлении было положено немецким врачом Робертом Майером. В 1840 году Майер служил на острове Ява. Здесь он обратил внимание, что цвет венозной крови матросов в тропиках значительно светлее, чем в северных широтах. Объяснение, данное Майером этому факту, было совершенно неожиданным для того времени.

Человек, по мысли Майера, похож на тепловую машину. Тепло, выделяющееся в его теле, возникает в результате сгорания (окисления) пищевых продуктов. Сгоревшие остатки – углекислый газ – кровью переносятся обратно в лёгкие. При этом венозная кровь темнеет. В жарком климате тепла требуется мало, окисление происходит не столь интенсивно и кровь остаётся светлой. Главным в этой качественной картине было предположение, что тепло выделяется за счёт энергии химической реакции.

В июне 1841 года он изложил свою точку зрения в статье «О количественном и качественном определении сил», которую направил для публикации Поггендорфу. Тот не напечатал статью и даже не вернул её автору. Поггендорф имел основания отнестись критически к работе Майера. Не будучи профессиональным физиком, Майер был очень неточен в понятиях; сама идея о возможности превращения энергии в тепло сформулирована расплывчато. Это был ещё не сам закон сохранения энергии, а интуитивное предчувствие закона.

Более строгой оказалась вторая работа Майера – «Замечания о силах неживой природы», опубликованная в «Annalen der Chemie und Pharmazie» в 1842 году.

В ней Майер уже анализирует превращения энергии в различных механических процессах. Он отмечает, что тело, поднятое над землёй, обладает «силой падения» (т.е. потенциальной энергией), которая в процессе падения в поле тяжести превращается в «живую силу» mv² (т.е. кинетическую энергию), которая, в свою очередь, после прекращения движения переходит в тепло. «Для исчезающего движения, – пишет Майер, – во многих случаях не может быть найдено никакого другого действия, кроме тепла, а для возникшего тепла – никакой другой причины, кроме движения…». Майер, как и большинство физиков того времени, опускает коэффициент 1/2 в выражении для кинетической энергии; но он правильно объединяет потенциальную и кинетическую энергию как две формы механической энергии. Более того, он осознаёт, что тепло также является формой энергии: «Тепло есть сила: оно может быть превращено в механический эффект».

Майер установил, что количество теплоты, требуемое для нагревания единицы массы газа на один градус при постоянном давлении (C_P), всегда больше количества теплоты, необходимого для нагревания той же единицы массы газа на один градус при постоянном объеме (C_V).

Нагревание при постоянном давлении отличается от нагревания при постоянном объеме тем, что расширение газа в первом случае сопровождается перемещением поршня, т.е. совершением работы. Если рассматривать теплоту как энергию (по терминологии того времени – «силу») и, определив, насколько C_P превышает C_V, сопоставить полученный результат с величиной совершенной работы, то можно найти механический эквивалент теплоты. Эту величину Майер вычислил в 1841 году. Однако расчеты, проведенные Майером, оказались неточными, поэтому приоритет в определении механического эквивалента теплоты по праву принадлежит Дж. Джоулю.

Не оставляет Майер в стороне и электрические явления. Он рассматривает электризацию трением и указывает, что здесь «механический эффект превращается в электричество». Майер считает, что если прерогативой химии является закон сохранения вещества, то прерогативой физики – закон сохранения «силы» (энергии). В заключение своего анализа Майер останавливается на «химической силе». Вопрос о химической энергии у него сочетается с вопросом об энергетике Солнечной системы. Он подчёркивает, что поток солнечной энергии, падающий на Землю, и «есть та непрестанно заводящаяся пружина, которая поддерживает в состоянии движения» все происходящие на Земле процессы, и указывает на роль растений в аккумулировании солнечной энергии.

Широкий философский подход Майера к закону сохранения энергии, обобщение им этого закона на биологические и космические явления затрудняли понимание и признание со стороны научной общественности того времени. Судьба Майера была тяжёлой. Его травили учёные коллеги, его не понимали близкие. Но идея сохранения энергии уже созрела, она, что называется, витала в воздухе.

В те же годы, когда Майер тщетно пытался убедить учёный мир в обоснованности своих идей о превращении энергии в тепло, в Англии схожие мысли развивал Джеймс Прескотт Джоуль. В октябре 1841 года он опубликовал в «Philosophical Magazine» статью о тепловом эффекте электрического тока, в которой установил, что количество теплоты, выделяемое в проводнике, пропорционально квадрату силы тока.

Практически одновременно с Джоулем аналогичные исследования были начаты петербургским физиком Э. Х. Ленцем, который опубликовал свою работу «О законах выделения тепла гальваническим током» в 1843 году. Ленц тщательно продумал и разработал методику эксперимента, определил применяемую им единицу сопротивления (закон Ома, открытый немецким физиком Георгом Омом в 1826-27 годах, к этому времени ещё не вошёл во всеобщее употребление), а также единицы силы тока и электродвижущей силы. Результаты его эксперимента сводились к двум основным положениям:

Нагревание проволоки гальваническим током пропорционально сопротивлению проволоки.
Нагревание проволоки гальваническим током пропорционально квадрату служащего для нагревания тока.

Точность и обстоятельность опытов Ленца обеспечили быстрое признание закона, вошедшего в науку под названием закона Джоуля-Ленца:

Уже в первых опытах Джоуль понял, что теплота, выделяемая в проводнике, порождается химическими превращениями в батарее, т.

е. осознал энергетический смысл открытого им закона. В работе «О тепловом эффекте магнитоэлектричества и механическом эффекте теплоты», доложенной на собрании Британской Ассоциации в 1843 году, Джоуль сформулировал вывод, что теплоту можно создавать с помощью механической работы, используя электромагнитную индукцию; при этом выделяющееся количество теплоты пропорционально квадрату силы индукционного тока. Вращая электромагнит индукционной машины с помощью опускающегося в поле тяжести груза, Джоуль определил соотношение между работой падающего груза и количеством теплоты, выделяемой в цепи: 1 ккал = 460 кгсм. Здесь использованы практически не употребляющиеся сегодня единицы количества теплоты: 1 кал – калория, количество тепла, необходимое для нагревания одного грамма воды на 1^оС; 1 ккал = 10³ кал; и работы: 1 кгсм = 9,8 Дж. Легко подсчитать полученный Джоулем механический эквивалент теплоты: 1 кал = 4,5 Дж. Со временем было определено более точное его значение : 1 кал = 4,18 Дж.

Опыты по определению механического эквивалента теплоты Джоуль производил в течение многих лет в различных экспериментах. Эти опыты привели его к однозначному выводу: «… во всех случаях, когда затрачивается механическая сила (т.е. энергия), получается точно эквивалентное количество теплоты».

Усилия Майера и Джоуля в борьбе за утверждение закона сохранения энергии поддержал известный немецкий естествоиспытатель Герман Гельмгольц. В работе «О сохранении силы» (1847 г.) он сформулировал и математически обосновал закон сохранения энергии, отметив его всеобщий характер: этому закону подчиняются механические, тепловые, электрические, физиологические и другие процессы. Гельмгольц впервые точно сформулировал теорему о кинетической энергии (все еще именуя последнюю «живой силой»), определив кинетическую энергию как половину произведения

mv² : « … я предлагаю величину обозначать как количество живой силы, благодаря чему она будет тождественна по величине с величиной затраченной работы».

Рассматривая консервативную систему материальных точек, взаимодействующих между собой посредством потенциальных сил или находящихся во внешнем потенциальном поле, Гельмгольц показал, что:

1. Изменение «живой силы» (т. е. кинетической энергии) каждой материальной точки равно изменению ее потенциальной энергии с обратным знаком.

2. «Сумма существующих в системе напряженных сил (сумма потенциальных энергий материальных точек) и живых сил постоянна».

«В этой наиболее общей форме, – писал Гельмгольц, – мы можем наш закон назвать принципом сохранения силы».

В 1853 году Уильям Джон Макуорн Ранкин, профессор технической механики в Глазго, в статье «Об общем законе превращения энергии» ввёл термин «энергия» и сформулировал закон сохранения энергии в следующем виде: «Сумма всей энергии (потенциальной и кинетической) во Вселенной остаётся неизменной». С этого времени термин «энергия» и закон сохранения энергии входят во всеобщее употребление.

Майер, Юлиус Роберт (1814–1878) | Encyclopedia.com

В начале девятнадцатого века у многих ученых были проблески принципа сохранения энергии. Тремя наиболее важными из них были француз Марк Сеген, родившийся в Америке, много путешествовавший кондотьер Бенджамин Томпсон и главный инженер города Копенгагена Людвиг Колдинг.

Три человека, чья работа в конце девятнадцатого века сыграла решающую роль в прояснении этого принципа, были два немца, врач Юлиус Роберт Майер и великий эрудит Герман фон Гельмгольц, а также британский ученый-любитель Джеймс Джоуль. В лекции, прочитанной Гельмгольцем 7 февраля 1854 г. в Кенигсберге на тему «Взаимодействие сил природы», в 1842 г. он назвал Майера «основателем» принципа сохранения энергии и признал приоритет Майера в этом открытии над Колдингом (1843 г.), Джоулем (1843 г.) и самим Гельмгольцем (1847 г.). Рудольф Клаузиус согласился с Гельмгольцем и познакомил Майера с британским физиком Джоном Тиндаллом, который быстро стал английским защитником Майера в его затянувшемся споре о приоритетах с Джоулем и его британскими сторонниками, Уильямом Томсоном (лордом Кельвином) и Джорджем Г. Стоуксом. .

ЖИЗНЬ МАЙЕРА И ВКЛАД В НАУКУ

Юлиус Роберт фон Майер родился в 1814 году в Хайльбронне, маленьком городке на реке Неккар, на полпути между Гейдельбергом и Штутгартом. Заинтересовавшись наукой в юности, он решил сделать карьеру в медицине и в 1832 году начал свои медицинские исследования в Тюбингенском университете. После завершения учебы там в 1838 году он получил степень доктора медицины.

В феврале 1840 года Майер в течение года работал врачом на грузовом судне, перевозившем грузы в Джакарту в Ост-Индия, к югу от экватора. В Джакарте он заметил, что венозная кровь моряков имеет гораздо более яркий красный цвет, чем у пациентов в Германии. Он предположил, что это изменение произошло из-за жаркого климата и пониженного окисления, необходимого для сохранения нормальной температуры тела. Это побудило его к более общему размышлению о том, как тепло влияет на метаболизм человека. Этот интерес к теплу, работе и тому, что сейчас называется энергией, стал страстью всей жизни Майера.

Майер вернулся в Хайльбронн в 1841 году, начал свою медицинскую практику и со временем стал главным хирургом города. В свободное время он проводил некоторые эксперименты и боролся со сложными абстрактными концепциями, пытаясь понять природу энергии. Он так мало знал о физике за один семестр изучения этого предмета в Тюбингене, что многие статьи, которые он представил для публикации, были отклонены важными научными журналами того времени как некомпетентные. Он был вынужден публиковать большую часть своих сочинений за свой счет, поэтому их распространение ограничивалось в основном жителями Хайльбронна.

Первые опубликованные результаты работы Майера появились в мартовском номере 1842 года журнала Liebig’s Annalen der Chemie und Pharmacie в статье, озаглавленной «Замечания о силах неживой природы». В нем было много философии и несколько неточных научных данных, и тем не менее среди этих отвлекающих элементов скрывалась суть принципа сохранения энергии. Возможно, более важным для ученых было то, что статья содержала первую количественную попытку определить отношение «калории» (единицы тепла) к тому, что сейчас называется «джоулем» (единицей энергии).

Расчеты Майера были основаны на его убеждении, что существует определенная количественная зависимость между высотой, с которой масса падает на землю, и теплом, выделяющимся при ударе о землю. Здесь он излагал свое убеждение в том, что энергия в этом процессе сохраняется, если теплоту рассматривать как форму энергии. Он рассчитал отношение джоуля к калории и нашел, что оно равно 3,59 Дж/кал, что значительно отличается от принятого сегодня значения 4,18 Дж/кал. Однако весь его подход к проблеме был правильным, и его численный результат, безусловно, имел правильный порядок величины, но он использовал неточные значения для некоторых констант, необходимых в его расчетах.

Немногие детали его исследования были приведены в статье Майера 1842 г., но в 1845 г. он опубликовал (за свой счет) свою наиболее оригинальную и всеобъемлющую статью «Органическое движение и его связь с метаболизмом», в которой он подробно изложил свои более ранняя работа. В 1848 г. он также опубликовал, опять же в частном порядке, «Вклад в небесную динамику», в котором выдвинул интересную гипотезу о том, что источником энергии, излучаемой Солнцем, была его постоянная бомбардировка высокоэнергетическими метеорами.

Майер женился в 1842 году, и первые несколько лет его брак был очень счастливым, но затем его жизнь начала разваливаться. С мая 1845 г. по август 1848 г. трое его детей умерли. Неприятный спор о приоритете с Джоулем стал достоянием гласности, когда их требования были прочитаны и обсуждены Академией наук в Париже. Майер был расстроен тем, что его труды по энергосбережению не получили широкого распространения и что они часто не были оценены теми немногими учеными, которые их читали. И, как последний удар, местные ученые обвинили его в том, что он скорее сумасшедший философ, чем компетентный ученый.

Наконец, 28 мая 1850 года, в припадке отчаяния Майер выбросился из окна своей спальни на улицу в тридцати футах ниже, но избежал серьезных травм. Он провел три года в психиатрических больницах и после освобождения в 1853 году проделал небольшую научную работу, хотя смог вернуться к ограниченной работе врачом в Хайльбронне.

Физики всего мира постепенно начали ценить научную работу Майера, но к этому времени они не были уверены, жив ли он еще, и если да, то в каком он психическом состоянии. В более поздние годы он, наконец, пожинал плоды своих научных трудов. В 1859 г.он получил степень почетного доктора Тюбингенского университета. За этим последовало в 1871 году получение им медали Копли от Лондонского королевского общества, а затем премии Понселе от Парижской академии наук. Неизвестно, насколько Майер был благодарен за эту запоздалую известность, когда умер от туберкулеза в 1878 году. Роберт Майер и сохранение энергии. Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета.

Фридлендер, С. (1905 г.). Джулиус Роберт Майер. Лейпциг: Т. Томас.

Кун, Т. С. (1977). «Энергосбережение как пример одновременного открытия». В Т. С. Кун: Основное напряжение. Чикаго: Издательство Чикагского университета.

Линдси, Р. Б. (1973). Роберт Майер, Пророк Энергии. Элмсфорд, Нью-Йорк: Pergamon Press.

Шмольц, Х., и Векбах, Х. (1964). Роберт Майер, Sein Leben und Werk in Documenten. Хайльбронн: Антон Х. Конрад Верлаг.

Тернер, Р. С. (1974). «Майер, Джулиус Роберт». В Словаре>Научная биография, Vol. 9, изд. CC Гиллиспи. Нью-Йорк: Скрибнер.

Julius Robert Mayer

Born	1814-11-25
умер	1878-03-20

. 1814, Хайльбронн, Королевство Вюртемберг, умер 20 марта 1878, Хайльбронн, Королевство Вюртемберг.

Биография Юлиуса Роберта Майера

Юлиус Роберт фон Майер сделал одно из самых фундаментальных открытий в физике. Помимо своего закона сохранения энергии, в 1842 году он описал жизненно важный химический процесс, который теперь называется окислением, как основной источник энергии для любого живого существа. На его достижения не обращали внимания, и приоритет открытия механического эквивалента тепла долгое время приписывался Джеймсу Джоулю в следующем году.

Юлий Роберт фон Майер родился в Хайльбронне, тогда в Королевстве Вюртемберг. Сейчас он находится в Баден-Вюртемберге, одной из земель (Бундесланд) в составе Германии. Его отец был фармацевтом. Еще в раннем детстве Майер проявлял большой интерес к различным механическим механизмам, а в молодости он проводил различные физические и химические эксперименты. Одним из его любимых увлечений было создание различных типов электрических устройств и воздушных насосов.

После получения аттестата зрелости Майер с мая 1832 года изучал медицину в Тюбингенском университете Карла Эберхарда, где он был членом студенческого корпуса Corps Guestphalia. В 1837 году он и несколько его друзей были арестованы за ношение цветов запрещенной организации. Последствия этого ареста включали исключение из колледжа на один год и непродолжительный период заключения.

В 1938 году он сдал Государственный экзамен и получил степень доктора медицины в Мюнхенском университете. Затем Майер побывал в Швейцарии, Франции и Голландской Ост-Индии. После своего пребывания в Париже в 1839/1840 годах он стал корабельным врачом на голландском трехмачтовом паруснике для плавания в Джакарту.

Его наблюдение, что волны, бьющиеся в шторм, теплее, чем спокойное море, натолкнуло его на глубокие размышления о законах природы, в частности о физическом явлении теплоты, и на вопрос: одна ли непосредственно вырабатываемая теплота или сумма количеств тепло, вырабатываемое прямым и косвенным путем, способствует повышению температуры.

В этом плавании он также заметил светло-красную венозную кровь от многочисленных кровопусканий у экипажа. Венозная кровь переносит меньше кислорода, чем артериальная. Он становится темнее. Когда Майер впервые вскрыл вену в Джакарте, кровь была слишком красной. Он думал, что попал в артерию. Потом он обнаружил, что это нормально в тропиках. Он пришел к выводу, что в теплом климате организму требуется меньше энергии для поддержания температуры тела. Люди сжигают меньше пищи, которую они едят. Они выделяют меньше тепла.

В 1841 году он поселился в Хайльбронне, чтобы заниматься медициной, и женился. Однако его новой страстью стала физика. В июне 1841 года он завершил свою первую научную работу под названием «Ueber die количественного и качественного Bestimmung der Kräfte» — «О количественном и качественном определении сил». Он был представлен Иоганну Кристиану Поггендорфу (1796-1877) в Annalen der Physik.

В этой статье Майер постулировал Erhaltungssatz der Kraft, под которым он имел в виду закон сохранения энергии. Однако из-за отсутствия у Майера передовой физической подготовки она содержала ряд фундаментальных ошибок и не была опубликована. Майер продолжал упорно отстаивать эту идею и спорил с профессором физики из Тюбингена Иоганном Готлибом Нёррембергом, который отверг его гипотезу. Однако Нёрремберг дал ряд ценных предложений о том, как его можно исследовать экспериментально. Если кинетическая энергия превращается в тепловую, воду необходимо нагревать за счет вибрации.

Майер не только провел эту демонстрацию, но и определил количественный фактор превращения, механический эквивалент тепла. Результат его исследований был опубликован в 1842 году в майском выпуске «Анналов химии и фармации» Юстуса фон Либиха. В своей брошюре Die organische Bewegung im Zusammenhang mit dem Stoffwechsel («Органическое движение в связи с обменом веществ» (1845 г.) он указал числовое значение механического эквивалента теплоты: сначала 365 кгс·м/ккал, позднее 425 кгс·м/ккал. м/ккал, современные значения 4,184 кДж/ккал (426,6 кгс•м/ккал) для термохимической калории и 4,1868 кДж/ккал (426,9кгс•м/ккал) по международной паровой таблице калорийности.

Это соотношение означает, что работа и тепло эквивалентны друг другу и представляют собой различные формы энергии, которые могут быть преобразованы. Этот закон называется первым законом теории калорий и привел к формулировке общего принципа сохранения энергии, окончательно сформулированного Германом фон Гельмгольцем в 1847 году. до окисления как основного источника энергии для любого живого существа.

Позже Майер получил должность Oberamtswundarzt и городского врача в своем родном городе Хайльбронн. Однако несчастье заставило его стать психически больным. Это было вызвано быстрой потерей двух его детей в 1848 году, политическими событиями 1848/1849 годов и, прежде всего, его непризнанием; его заслуженный кредит был отдан Джеймсу Джоулю. 18 мая 1850 года он предпринял попытку самоубийства и был помещен в психиатрическую больницу. Период с 1852 по сентябрь 1853 года он провел в госпиталях в лечебницах для душевнобольных в Геппингене и Виннентале, где его лечили старым методом: принудительным креслом и смирительной рубашкой. Он провел там тринадцать месяцев, прежде чем был освобожден в 1854 году. Затем он испытал удовлетворение от того, что его открытие было признано во всех важных кругах. Когда он был освобожден в 1860 году, он был сломлен и лишь робко вернулся в общественную жизнь.

Lösch mir die Augen aus . . .
Lösch mir die Augen aus; ich kann dich sehn,
wirf mir die Ohren zu; ich kann dich hören,
und ohne füsse kann ich zu dir gehn,
und ohne Mund noch kann ich dich beschwören.
Brich mir die Arme ab, ich fasse dich
mit meinem Herzen wie mit einer Hand,
halt mir das Herz zu, und mein Hirn wird Schlagen,
und wirfst du in mein Hirn den Brand,
so werd ich dich auf meinem Blute трагедия.

Райнер Мария Рильке
Из: Das Stundenbuch / Das Buch der Pilgerschaft (1901)
. . . если ты подожжешь этот мой мозг,
то на своей крови я тебя еще понесу.

Тем временем его научная слава росла, и он получил признание своих достижений с опозданием, хотя, возможно, на этапе, когда он больше не мог наслаждаться ими. Однако он продолжал энергично работать врачом до самой смерти.

Майер был удостоен звания почетного доктора в 1859 г.на философском факультете Тюбингенского университета. Его забытая работа была возрождена в 1862 году коллегой-физиком Джоном Тиндаллом в лекции в Лондонском Королевском институте.

В июле 1867 года Майер опубликовал Die Mechanik der Warme. Эта публикация посвящена механике тепла и его движения. В ноябре 1867 года Майер был удостоен личного дворянства (фон Майер), что является немецким эквивалентом британского рыцарского звания. Он получил множество почетных наград академий и университетов; он был возведен в личное дворянство, а в 1869 г.получил почетное приглашение читать лекции в Naturforscher-Versammlung в Инсбруке.

Его ранние работы были напечатаны за его счет, чтобы поддерживать свои взгляды. Во всех своих работах Майер утверждает неразрушимость энергии и эквивалентность теплоты и работы, принцип, который он проницательно применил также к астрономии и физиологии человека.

Майер первым открыл закон сохранения энергии. Это одно из самых значительных достижений в истории физики.

Юлиус Роберт фон Майер умер от туберкулеза 20 марта 1878 года в Германии.

Гимназия Роберта-Майера и Robert-Mayer-Volks- und Schulsternwarte в Хайльбронне носят его имя.

Библиография

Некоторые работы по теплу и энергии:

De Mechanik der Wärme in gesammelten Schriften . Опубликовано Дж. Дж. Вейраухом, Штутгарт, 1867, 1874, 1893. 2-й трактат, опубликованный А. фон Эттингеном в Ostwalds Klassiker № 180, Лейпциг, 19.11.

Ueber die nothwendigen Consequenzen und Inconsequenzen der Wärmemechanik . Лекция в Naturforscher-Versammlung в Инсбруке, 1869. Эта лекция и лекции, прочитанные в его родном городе, были опубликованы под названием:
Naturwissenschaftliche Vorträge. Штутгарт, 1872 г.

Ueber die Erhaltung der Kraft. 4 статьи, опубликованные А. Нойбругером в Voigtländer’s Quellenbücher, том 12, Leipzig o. Дж; и в Naturbibliothek № 35/36, изданной R.H. Francé, Leipzig, o. Дж.

Другие работы Майера:

Убер дас Сантонин . Докторская диссертация, Мюнхен, 1838 г.

Die organische Bewegung in ihrem Zusammenhang mit dem Stoffwechsel. Хайльбронн, 1845 г.

Beiträge zur Dynamik des Himmels . Хайльбронн, 1848 г.

Ueber die Herzkraft . Archiv für physiologische Heilkunde, Stuttgart, 1851.

Ueber das Fieber . Archiv der Heilkunde, Лейпциг, 1862 г.

Die Torricellische Leere und über Auslösung . Stuttgart, 1876.

Kleinere Schriften und Briefe , Published JJ Weurauch, Stuttgart, 1893. Содержит его первую статью о сохранении энергии от 1841 года. 1927.

О Юлиусе Роберте фон Майере и его работах:

Ойген Карл Дюринг, 1833–1921:
Роберт Майер, der Galilei des 19. Ярхундертс . Хемниц, 1879 г. 2-е издание, Лейпциг, 1904 г. 2-я часть, Лейпциг, 1895 г.

Якоб Иоганн фон Вейраух, 1845-1917:
Роберт Майер . Штутгарт, 1890.

Теодор Гросс, 1846-1913:
Роберт Майер и Герман против Гельмгольца. Berlin, Fischer technologischer verlag, M. Krayn, 1898.

Саломо Фридлендер:
Юлиус Роберт Майер . Kessinger Publishing, 1905.

Ernst Jentsch:
Юлиус Роберт Майер. Seine Krankheitsgeschichte und die Geschichte seiner Entdeckung . Берлин, 1914 г.

Людвиг Финк:
Der göttliche Ruf. Leben und Werk des Physikers Роберт Майер . Штутгарт и Берлин, 1932 г.

Р. Гаупп:
Seelische Erkrankung Роберта Майера .
München medizinische Wochenschrift, 1933, 80: 1869-1872, 1899-1902.

Райнер Мария Рильке:
Стихи из Часовника с (тр. Б. Дойч). Нью-Йорк: паб New Directions. Corp., 1941.

Robert Mayer und das Energieprinzip, 1842-191942.
Gedenkschrift zur 100. Wiederkehr der Entdeckung des Energieprinzips. Хераусгегебен . . . durch den Verein Deutscher Ingenieure. Schriftverwaltung: Эрих Питч и Ганс Шиманк. Берлин, 1942. VIII + 387 стр.

Р. Б. Линдси:
Джулиус Роберт Майер: Пророк Энергии . Нью-Йорк: Pergamon Press, 1973.

Р. С. Тернер:
Майер, Джулиус Роберт . Чарльз Коулстон Гиллиспи, главный редактор: Научно-биографический словарь, том 9. . Сыновья Чарльза Скрибнера, 1970–1980: 235–240.

F. Deickmann:
Vor 150 Jahren: Robert Mayer und die Erhaltung der Energie .
Lufthansa Bordbuch, март 1991 г.: 52 и 54.

Магазин Norske Leksikon .

Список людей по странам
Список людей в алфавитном порядке
Список эпонимов в алфавитном порядке
Список всех женщин в алфавитном порядке

Что такое эпоним?

Эпоним — это слово, полученное от имени человека, реального или вымышленного. Таким образом, медицинский эпоним — это любое слово, связанное с медициной, название которого происходит от человека.

Что такое Whonameedit?

Whonameedit.com — биографический словарь медицинских эпонимов. Мы стремимся представить полный обзор всех медицинских явлений, названных в честь человека, с биографией этого человека.

Отказ от ответственности:

Whonameedit? не дает медицинских советов.
Этот обзор медицинских эпонимов и лиц, стоящих за ними, предназначен только для общего интереса.