В 80-х годах  XIX века были выполнены опыты,  которые доказали независимость  скорости света от скорости  источника или наблюдателя.  
       Необходимый для опыта прибор изобрел блестящий военно-морской офицер США А. Майкельсон (рис. 8.3).       

 Прибор состоял  из интерферометра с двумя  «плечами», расположенными перпендикулярно  друг к другу. Вследствие сравнительно  большой скорости движения Земли,  свет должен был иметь различные  скорости по вертикальному и  горизонтальному направлениям. Поэтому время, затрачиваемое на прохождение вертикального пути источник S – полупрозрачное зеркало (ппз) – зеркало (з1) – (ппз) и горизонтального пути источник – (ппз) – зеркало (з2) – (ппз), должно быть различным. В результате, световые волны, пройдя указанные пути, должны были изменить интерференционную картину на экране.

 Майкельсон  проводил эксперименты в течение  семи лет с 1881 г. в Берлине  и с 1887 г. в США совместно  с химиком профессором Морли.  Точность первых опытов была  невелика:  ±5 км/с. Однако, опыт дал отрицательный результат: сдвиг интерференционной картины обнаружить не удалось. Таким образом, результаты опытов Майкельсона–Морли показали, что величина скорости света постоянна и не зависит от движения источника и наблюдателя. Эти опыты повторяли и перепроверяли многократно. В конце 60-х годов Ч. Таунс довел точность измерения до  ±1 м/с. Скорость света осталась неизменной  c = 3·10⁸ м/с. Независимость скорости света от движения источника и от направления недавно была продемонстрирована с рекордной точностью в экспериментах, выполненных исследователями из университетов г. Констанц и г. Дюссельдорф (современная версия эксперимента Майкельсона–Морли), в которых установлена лучшая на сегодняшний день точность 1.7·10¹⁵. Эта точность в 3 раза выше достигнутой ранее. Исследовалась стоячая электромагнитная волна в полости кристалла сапфира, охлажденного жидким гелием. Два таких резонатора были ориентированы под прямым углом друг к другу. Вся установка могла вращаться, что позволило установить независимость скорости света от направления.                                                Было много попыток объяснить отрицательный результат опыта Майкельсона–Морли. Наиболее известна гипотеза Лоренца о сокращении размеров тел в направлении движения. Он даже вычислил эти сокращения, использовав для этого преобразование координат, которые так и называются «сокращения Лоренца–Фитцджеральда».              Дж. Лармор в 1889 г. доказал, что уравнения Максвелла инвариантны относительно преобразований Лоренца. Очень близок был к созданию теории относительности Анри Пуанкаре. Но Альберт Эйнштейн был первым, кто четко и ясно сформулировал основные идеи теории относительности. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
27,28,29 Идеальный газ, средняя энергия молекул, давление газа на стенку  Идеальный газ — математическая модель газа, в которой предполагается, что потенциальной энергией молекул можно пренебречь по сравнению с их кинетической энергией. Между молекулами не действуют силы притяжения или отталкивания, соударения частиц между собой и со стенками сосуда абсолютно упруги, а время взаимодействия между молекулами пренебрежимо мало по сравнению со средним временем между столкновениями.             Различают классический идеальный газ (его свойства выводятся из законов классической механики и описываются статистикой Больцмана) и квантовый идеальный газ (свойства определяются законами квантовой механики, описываются статистиками Ферми — Дирака или Бозе — Эйнштейна).                       Классический идеальный газ Свойства идеального газа на основе молекулярно-кинетических представлений определяются исходя из физической модели идеального газа, в которой приняты следующие допущения:                        1)объём частицы газа равен нулю (то есть диаметр молекулы d пренебрежимо мал по сравнению со средним расстоянием между ними, ) ^[1];                                    2)импульс передается только при соударениях (то есть силы притяжения между молекулами не учитываются, а силы отталкивания возникают только при соударениях);                                                                    3)суммарная энергия частиц газа постоянна (то есть нет передачи энергии за счет передачи тепла или излучением)                                                             В этом случае частицы газа движутся независимо друг от друга, давление газа на стенку равно сумме импульсов в единицу времени, переданной при столкновении частиц со стенкой, энергия — сумме энергий частиц газа. Свойства идеального газа описываются уравнением Менделеева — Клапейрона

 где p — давление,n — концентрация частиц, k — постоянная Больцмана,T — абсолютная температура.    Равновесное распределение частиц классического идеального газа по состояниям описывается распределением Больцмана:

 где   — среднее число частиц, находящихся в j-ом состоянии с энергией , а константа a определяется условием нормировки:

 Где N — полное число частиц.           Распределение Больцмана является предельным случаем (квантовые эффекты пренебрежимо малы) распределений Ферми — Дирака и Бозе — Эйнштейна, и, соответственно, классический идеальный газ является предельным случаем Ферми-газа и Бозе-газа. Для любого идеального газа справедливо соотношение Майера:

где R — универсальная газовая постоянная,Cp — молярная теплоемкость при постоянном давлении, Cv — молярная теплоемкость при постоянном объёме.                                                         Уравнение состояния идеального газа (иногда уравнение Клапейрона или уравнение Клапейрона — Менделеева) — формула, устанавливающая зависимость между давлением, молярным объёмом и абсолютной температурой идеального газа. Уравнение имеет вид:

где p— давление, Vm— молярный объём, T—абсолютная температура, R—универсальная газовая постоянная.                                                Так как , где  — количество вещества, а , где m—масса,  — молярная масса, уравнение состояния можно записать:

 Эта форма записи носит имя уравнения (закона) Менделеева — Клапейрона.                     В случае постоянной массы газа уравнение можно записать в виде:

p*V/T=vR,p*V/T=const 

Последнее уравнение  называют объединённым газовым законом. Из него получаются законы Бойля — Мариотта, Шарля и Гей-Люссака: T=const=>P*V=const—закон Бойля — Мариотта.

P=const=>V/T=const—закон Гей-Люссака.

V=const=>P/T=const— закон Шарля (второй закон Гей-Люссака, 1808 г.)

С точки зрения химика этот закон может звучать  несколько иначе: Объёмы вступающих в реакцию газов при одинаковых условиях (температуре, давлении) относятся друг к другу и к объёмам образующихся газообразных соединений как простые целые числа.

В некоторых случаях (в газовой динамике) уравнение состояния идеального газа удобно записывать в форме

 где  — показатель адиабаты,  — внутренняя энергия единицы массы вещества.     С одной стороны, в сильно сжатых газах размеры самих молекул являются сравнимыми с расстояниями между молекулами. Таким образом, свободное пространство, в котором движутся молекулы, меньше, чем полный объем газа. Это обстоятельство увеличивает число ударов молекул в стенку, так как благодаря ему сокращается расстояние, которое должна пролететь молекула, чтобы достигнуть стенки.

С другой стороны, в сильно сжатом и, следовательно, более  плотном газе молекулы заметно притягиваются  к другим молекулам гораздо большую часть времени, чем молекулы в разреженном газе. Это, наоборот, уменьшает число ударов молекул в стенку, так как при наличии притяжения к другим молекулам молекулы газа движутся по направлению к стенке с меньшей скоростью, чем при отсутствии притяжения. При не слишком больших давлениях. более существенным является второе обстоятельство и произведение немного уменьшается. При очень высоких давлениях большую роль играет первое обстоятельство и произведение P*V увеличивается.

– средняя кинетическая энергия  молекул газа (в расчете на одну молекулу).                             при тепловом равновесии средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул всех газов одинакова. Давление прямо пропорционально средней кинетической энергии поступательного движения молекул:  
При тепловом равновесии, если давление газа данной массы и его объем фиксированы, средняя кинетическая энергия молекул газа должна иметь строго определенное значение, как и температура. Величина  
растет с повышением температуры и ни от чего, кроме температуры не зависит. Следовательно, ее можно считать естественной мерой температуры.               Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул равна:

    _T - температура по шкале Кельвина, _k- постоянная Больцмана, _k=1,4*10^-23Дж/К.                                                        Величина, пропорциональная средней кинетической энергии поступательного движения частиц, называется температурой тела:

,где k =1,38*10^-23 Дж/К — постоянная Больцмана. Температура – мера средней кинетической энергии молекул. Отсюда видно, что .Определяемую таким образом температуру называют термодинамической или абсолютной, она измеряется в Кельвинах (К).

33 Первый закон термодинамики                                                     На рис. 3.9.1 условно изображены энергетические потоки между выделенной термодинамической системой и окружающими телами. Величина Q > 0, если тепловой поток направлен в сторону термодинамической системы. Величина A > 0, если система совершает положительную работу над окружающими телами.

Обмен энергией между термодинамической системой и окружающими телами в результате теплообмена и совершаемой работы.

Если система  обменивается теплом с окружающими  телами и совершает работу (положительную  или отрицательную), то изменяется состояние  системы, то есть изменяются ее макроскопические параметры (температура, давление, объем). Так как внутренняя энергия U однозначно определяется макроскопическими параметрами, характеризующими состояние системы, то отсюда следует, что процессы теплообмена и совершения работы сопровождаются изменением ΔU внутренней энергии системы.

Первый  закон термодинамики является обобщением закона сохранения и превращения энергии для термодинамической системы. Он формулируется следующим образом:

Изменение ΔU внутренней энергии  неизолированной термодинамической системы равно разности между количеством теплоты Q, переданной системе, и работой A, совершенной системой над внешними телами. ΔU = Q – A.

Соотношение, выражающее первый закон термодинамики, часто  записывают в другой форме: Q = ΔU + A. 

Количество  теплоты, полученное системой, идет на изменение  ее внутренней энергии  и совершение работы над внешними телами.

Первый закон  термодинамики является обобщением опытных фактов. Согласно этому закону, энергия не может быть создана  или уничтожена; она передается от одной системы к другой и превращается из одной формы в другую. Важным следствием первого закона термодинамики является утверждение о невозможности создания машины, способной совершать полезную работу без потребления энергии извне и без каких-либо изменений внутри самой машины. Такая гипотетическая машина получила название вечного двигателя (perpetuum mobile) первого рода. Многочисленные попытки создать такую машину неизменно заканчивались провалом. Любая машина может совершать положительную работу A над внешними телами только за счет получения некоторого количества теплоты Q от окружающих тел или уменьшения ΔU своей внутренней энергии.