The; g; sr; l; s a l; legz; sr; l

Pierre-Simon Laplace
(1749-1827)

Disertație pe căldură
Detalii

Mémoire sur la chaleur. Lu à l'Académie Royale des Sciences, le 28 Juin 1783. Par Messrs. Lavoisier et de La Place, de la même Académie

(în: Memoir on Heat. Citit la Academia Regală de Științe, 28 iunie 1783, de către domnii Lavoisier et de La Place, din aceeași academie, publicația academică Neale Watson, New York, 1982)

PARTEA A PATRA
Despre arsură și respirație

Pentru a determina volumul de aer conținut în spațiul EBD, E'BD ', E''BD' ', apa a fost umplută în capotă la nivelurile corespunzătoare, iar volumele în cauză au fost obținute în centimetri cubi de la greutățile determinate. Deoarece aerul din capotă a fost afectat de presiuni diferite, deoarece nivelul de mercur din capotă era diferit, volumul de aer a fost convertit la o presiune de 28 inci de mercur în fiecare caz. În cele din urmă, rezultatele experimentale au fost modificate pentru a da date corespunzătoare unei temperaturi exterioare de 10 grade, reamintind că la temperaturi de aproximativ 10 grade, aerul se extinde la 1/215 ori volumul său cu o creștere a temperaturii de un grad. Prin urmare, gazele enumerate mai jos sunt considerate a fi la o temperatură de 10 grade și o presiune de 28 inci de mercur.

În experimentul anterior, am început cu 202,35 centimetri cubi de oxigen. Arderea numai a cărbunelui a redus această cantitate la 170,59 inci cubi și, după ce aerul legat a fost absorbit de alcali, nu au rămas mai mult de 73,95 inci cubi de aer. Cantitatea de cărbune arsă, cu excepția cenușii, a fost de 17 2/10 granule; greutatea combinată a fosforului și a capcanei ar putea fi de o jumătate de granum. De asemenea, s-a constatat în mai multe experimente că cenușa din cărbune cântărește aproximativ 10 granule pe uncie. Astfel, se poate concluziona că aproximativ 18 granule de cărbune, inclusiv cenușă, au fost consumate în acest experiment.

Oxigenul pe care l-am folosit conținea aproximativ 1/57 de volum de aer legat; apa pe care am păstrat-o câteva luni nu a absorbit această cantitate. Atașarea puternică a aerului legat de oxigen sugerează că după ce aerul legat a fost absorbit cu alcalii în experimentele noastre, aerul conținea încă o cantitate mică de aer legat, al cărui volum, cu o eroare acceptabilă, poate fi considerat 1/57 părți . Volumul total de oxigen digerat de carbon poate fi astfel obținut prin asumarea diferenței dintre volumul de aer înainte de ardere și după ce acesta este absorbit de alcali și reducerea rezultatului cu 1/57. În mod similar, dacă aceeași cantitate este scăzută din volumul de aer absorbit de alcali, se obține volumul de aer legat generat în timpul arderii. Deci, obținem că arderea unei uncii de cărbune consumă 4037,5 inci cubi de oxigen și produce 3021,1 inci cubi de aer legat. Dacă cantitatea de oxigen consumată este luată ca unitate, volumul său scade la 0,74828 după ardere.

Pentru a da volumele de oxigen și aer legat ca greutăți, trebuie să cunoaștem greutatea unui centimetru cub din ambele gaze. S-a constatat că oxigenul este puțin mai greu decât aerul atmosferic, la un raport de aproximativ 187/185. Greutatea aerului atmosferic a fost determinată foarte precis de domnul de Luc. Pe baza acestor măsurători, obținem că, la o temperatură de 10 grade și o presiune barometrică de 28 inci de mercur, un inci cub de oxigen cântărește 0,47177 granule. Domnul Lavoisier observă că la aceeași temperatură și presiune, un centimetru cub de aer legat cântărește aproape 7/10 granule. Pe baza rezultatelor, o uncie de cărbune consumă 3.3167 uncii de oxigen în timpul arderii și produce 3.6715 uncii de aer legat. Astfel, 10 părți de aer legat conțin aproximativ 9 părți de oxigen și 1 parte de carbon, care este baza aerului legat. Dar este nevoie de mult mai multă experimentare pentru măsurători atât de sensibile.

Am văzut că o uncie de cărbune arde 6 lire sterline de 2 uncii de gheață, nu este dificil să se determine că conversia unei uncii de oxigen în cărbune arde 29.547 uncii de gheață și formarea unei uncii de aer legat se poate topi 26.692 uncii de gheață.

Cu cea mai mare precauție, afirmăm cantitatea de căldură generată atunci când cărbunele arde într-o uncie de oxigen gazos. Căldura generată în acest moment a fost determinată într-un singur experiment și, deși condițiile au fost foarte favorabile, am putea fi cu adevărat siguri de acuratețea măsurării doar dacă a fost repetată de mai multe ori. Am spus deja, dar nu putem sublinia suficient, că nu oferim în primul rând rezultatele experimentelor noastre, ci metoda noastră oamenilor de știință și le cerem, dacă această metodă pare oarecum avantajoasă, să verifice experimentele, pe care noi înșine intenționăm să le repeta cu cea mai mare grijă.

Dacă fosforul este ars în aparatul descris mai sus,. putem trage concluzia foarte remarcabilă că când fosforul absoarbe oxigenul gazos, căldura degajată de oxigenul gazos este de aproximativ două ori și jumătate mai mare decât atunci când oxigenul este transformat în aer legat.

La pagina 597 din disertațiile Academiei din 1777, domnul Lavoisier a ajuns la o concluzie similară prin teoria sa generală a formării gazelor și vaporilor. Conform acestei teorii, oxigenul gazos, aerul legat și, în general, toate gazele și vaporii se datorează cantității mari de căldură combinată cu acestea datorită stării lor de gaz. În special, oxigenul gazos pare să conțină căldură abundentă; eliberează aproape toate acestea la calcinarea metalelor și a sulfului, a fosforului etc. arde la stare solidă atunci când este arsă, dar o porțiune semnificativă rămâne în aer legat.

Absorbția oxigenului gazos în aerul azotat [oxid nitric] este o excepție de la teoria generală a reacțiilor la oxigen: în această reacție se generează foarte puțină căldură, incomparabil mai mică decât atunci când fosforul absoarbe un volum similar de oxigen. Prin urmare, în acidul azotic și, în consecință, în acidul azotic, trebuie să presupunem o cantitate mare de căldură legată, care trebuie să reapară complet atunci când acest material explodează; experimentul arată exact asta.

Pentru a clarifica schimbările de oxigen gazos cauzate de respirația animalelor, aparatul descris anterior B plicul său de sticlă a fost umplut cu acest gaz și au fost așezați în el diferiți cobai. . Într-un experiment, clopotul conținea 248,01 centimetri cubi de oxigen gazos înainte de introducerea cobaiului. Animalul a rămas în interior timp de 1 1/4 ore. A fost introdus prin mercur în plicul de sticlă și îndepărtat în același mod. După ce aerul clopotului s-a răcit la temperatura camerei, volumul său a scăzut ușor la 240,25 inci cubi. În cele din urmă, aerul legat a fost absorbit cu alcali, lăsând 200,56 centimetri cubi de aer în capotă. În experiment, au fost generate 46,62 inci cubi de oxigen gaz modificat și 37,96 inci cubi de aer legat, luând în considerare cantitatea mică de aer legat conținută în oxigenul din clopot. Dacă volumul de oxigen gazos modificat este considerat a fi o unitate, volumul scade cu 0,814 din cauza respirației. Când cărbunele a ars, volumul gazului a scăzut cu 1: 0,74828. Această diferență se poate datora parțial erorilor de măsurare, dar poate fi influențată și de un factor la care nu ne-am gândit la început și care merită remarcat pentru cei care doresc să repete experimentele.

Nivelul de mercur din clopotul de sticlă a fost ridicat ușor peste nivelul extern de mercur pentru a face clopotul mai stabil. Când animalul a fost încărcat sau descărcat, s-a observat că o cantitate mică de aer exterior a pătruns de-a lungul corpului animalului, deși cobaiul era parțial scufundat în mercur. Mercurul nu aderă atât de strâns la suprafața părului, încât împiedică complet contactul dintre aerul exterior și aerul din plicul de sticlă, astfel încât respirația pare să reducă cantitatea de gaz mai puțin decât o face de fapt.

Greutatea aerului legat produs în experimentul anterior a fost de 26.572 granule, ceea ce înseamnă că 212.576 granule de aer legat s-ar fi format în 10 ore.

La începutul experimentului, animalul a inhalat aer mult mai curat decât aerul atmosferic și a produs poate mult mai mult aer legat în aceeași perioadă de timp; dar la sfârșitul experimentului a fost dificil să respiri deoarece, din cauza greutății aerului legat, s-a scufundat în partea inferioară a plicului de sticlă, unde se afla animalul, și a deplasat oxigenul care s-a ridicat în partea superioară a clopotul, poate îngreunând respirația, aerul legat este dăunător și animalelor. Prin urmare, nu facem o mare greșeală presupunând că experimentul a produs aceeași cantitate de aer legat ca și cum animalul ar fi inhalat aer atmosferic, a cărui bunătate este aproximativ media bunătății aerului la începutul și la sfârșitul experimentează în partea de jos a clopotului.

Am determinat apoi în mod direct câtă căldură produce cobaiul atunci când inhalează aerul atmosferic. Un animal a fost plasat sub un clopot mare prin care a fost trecut un flux de aer. Aerul, după ce a fost comprimat într-un aparat foarte potrivit, a fost condus în clopot printr-un tub de sticlă și evacuat printr-un alt tub îndoit, a cărui parte concavă a fost scufundată în mercur și a cărei parte inferioară s-a terminat într-o sticlă umplută cu alcali . Apoi, aerul a trecut și printr-un al treilea tub, care s-a încheiat într-o sticlă umplută cu un al doilea alcalin, și de acolo a scăpat în atmosferă. Aerul legat format în animalul din cușcă a fost în mare parte absorbit de alcalinul primei sticle, iar restul a fost absorbit de alcalinul celei de-a doua sticle. Creșterea greutății sticlelor a dat cantitatea de aer legat absorbit. După trei ore, greutatea primei sticle a crescut cu 63 și a celei de-a doua cu 8 granule, astfel încât greutatea celor două sticle a crescut cu un total de 71 de granule. Presupunând că aerul legat provenea doar din respirația animalului, s-ar fi format 236.667 de granule în 10 ore, ceea ce este doar o nouăime diferit de rezultatul experimentului anterior. Această diferență se poate datora diferențelor în mărimea, rezistența și starea animalelor în timpul experimentului.

Dacă vaporii generați în timpul respirației, care erau transportați de fluxul de aer, s-ar fi condensat în sticle, creșterea greutății alcalinilor nu ar fi dat cantitatea de aer legat produs la animal. Pentru a evita această condiție, a fost utilizat un tub îndoit, a cărui parte concavă a fost scufundată în mercur. Vaporii din respirație s-au condensat în această parte a tubului și s-au acumulat în curbură. Astfel, gazul care intra în prima sticlă era vizibil liber de ele, deoarece secțiunea tubului care se extindea în sticlă a rămas transparentă. Prin urmare, putem presupune că, chiar dacă greutatea sticlei a fost crescută de acești vapori, creșterea a fost compensată prin evaporarea conținutului de apă din alcalinul umplut în sticlă. Ne-am putea teme, de asemenea, că o parte din aerul legat absorbit ar proveni din aerul atmosferic. Pentru a clarifica acest lucru, experimentul a fost repetat fără un cobai. În acest caz, greutatea sticlelor nu a crescut. Al doilea chiar a scăzut cu 4-5 granule, ceea ce a fost cauzat, fără îndoială, de evaporarea conținutului de apă al soluției alcaline.

Într-un al treilea experiment, cobaiul a fost ținut în oxigen gazos și rezultatul a fost că s-au format 226 de granule de aer legat în 10 ore.

Pe baza experimentelor de mai sus și a altor experimente similare pe animale cu oxigen și aer atmosferic, estimăm că cobaiul cu care s-au efectuat măsurători calorimetrice pentru a determina căldura animalului produce 224 de granule de aer legat în 10 ore. .

Experimentele descrise contrazic rezultatele domnilor Scheele și Priestley cu privire la modificările gazului oxigenat atunci când se studiază respirația animalelor. Potrivit acestor doi oameni de știință remarcabili, respirația produce foarte puțin aer legat și o cantitate mare de aer rău, pe care cel din urmă autor flogistic numit aer [azot]. Dar când am examinat cu cea mai mare atenție în mai multe experimente modul în care respirația păsărilor și a cobașilor afectează oxigenul gazos, am ajuns întotdeauna la concluzia că cea mai importantă schimbare în respirația animalelor este conversia acestui gaz în aer legat. .

Am văzut mai sus că, atunci când arzi cărbune, o uncie de aer legat este capabilă să topească 26.692 uncii de gheață. Pornind de la acest rezultat, obținem că 224 de granule ar trebui să topească 10,38 uncii atunci când se formează aer legat. În consecință, cantitatea de gheață topită reprezintă căldura produsă de respirația cobaiului în 10 ore.

În studiul căldurii animalelor de cobai, temperatura animalului la sfârșitul experimentului a fost aproape aceeași ca la început; căci știm că temperatura corpului animalelor este întotdeauna aproape aceeași. Fără reproducerea constantă a acestei călduri, cantitatea inițială de căldură s-ar fi disipat treptat, iar animalul ar fi fost scos la rece din calorimetru, precum și de toate corpurile neînsuflețite din experimentele noastre. Cu toate acestea, funcția de viață a reprodus în mod constant căldura pe care animalul a transferat-o în mediul său, care, în experimentele noastre, a ajuns și la gheața plasată în interior, topindu-se 13 uncii în 10 ore. Prin urmare, cantitatea de gheață topită reprezintă aproximativ căldura pe care viața cobaiului o regenerează în aceeași perioadă de timp. Este posibil să fie nevoie să reducem valoarea cu 1 până la 2 uncii, sau chiar mai mult, deoarece membrele animalului s-au răcit în calorimetru, chiar dacă interiorul corpului său și-a păstrat aproape temperatura. Pe de altă parte, fluidele corporale care se evaporă din cauza căldurii interne au topit niște gheață în timpul răcirii și au rămas cu apa care curge din echipament.

Dacă această cantitate de gheață este redusă cu aproximativ 2 1/2 uncii, obținem câtă gheață se topește gazul transformat de respirația animalului. Dacă luăm în considerare erorile experimentale inevitabile și ipotezele utilizate în calcule, se dovedește că nu ne putem aștepta la o potrivire mai perfectă a rezultatelor. Astfel, căldura poate fi principala cauză a reținerii căldurii la animale, care este generată atunci când oxigenul este transformat în aer legat în timpul respirației și, dacă alți factori contribuie la reținerea căldurii, efectele lor sunt neglijabile.

Respirația este, prin urmare, o arsură, chiar dacă este foarte lentă, dar este perfect asemănătoare cu arderea cărbunelui. Are loc în plămâni, fără lumină vizibilă, deoarece combustibilul eliberat este absorbit imediat de umezeala din plămâni. Căldura generată în timpul arderii este transferată în sânge, care curge prin plămâni și de acolo se răspândește în corpul animalului. Deci, aerul inhalat servește, de asemenea, la două scopuri care sunt la fel de importante pentru susținerea vieții: elimină din sânge baza aerului legat, al cărui exces ar fi foarte dăunător și căldura de reacție dată plămânilor completează în mod constant căldura da atmosferei și corpurilor înconjurătoare.