Tại sao phát hiện ra bản chất của nhiệt lại có tên trong 100 phát hiện khoa học vĩ đại nhất?

Trước đây, các nhà khoa học tin rằng nhiệt là một loại chất lỏng có tên gọi là “chất nóng” (caloric), loại chất nóng này không có trọng lượng và không thể nhìn thấy được, những vật thể phát ra nhiệt thì mang đầy chất nóng, chất nóng đi từ vật thể nóng sang vật thể lạnh. Họ còn tin rằng lửa (cháy) bắt nguồn từ một loại vật chất không nhìn thấy được, loại vật chất ấy được gọi là chất đốt (phlogiston), nó là thành phần quan trọng của các vật chất có thể cháy được. Khi một loại vật chất bị đốt cháy, các chất đốt trong nó sẽ chạy vào không khí và thế là khi chất đốt dùng hết thì lửa cũng sẽ tắt theo.

Do còn tồn tại những quan điểm sai lầm như vậy nên các nhà khoa học thời bấy giờ không có cách nào lý giải được tính chất của nhiệt và oxy (bao gồm cả sự cháy), khoa học vật lý cũng theo đó mà bị trì trệ. Count Rumford là người đã gạt bỏ những quan niệm thần bí này đồng thời phát hiện ra nguyên lý ma sát. Count Rumfonrd chỉ là tên ông tự đặt cho mình, tên thật của ông là Benjamin Thompson, phát hiện của ông thực sự đã mở đường cho việc lý giải bản chất của nhiệt.

Bản chất của nhiệt đã được phát hiện ra như thế nào?

Năm 1790, ở vào độ tuổi 37, Rumford làm cố vấn quân sự cho nhà vua ở Bavaria, ông còn đảm nhận việc chế tạo đại bác cho nhà vua.

Rumford sinh ra ở Massachusetts, tên thật là Benjamin Thompson. Trong thời gian chiến tranh cách mạng ở Mỹ, ông làm gián điệp cho quân đội Anh. Sau đó ông lại giúp Prussians theo dõi người Anh. Đến năm 1790, ông trốn về Bararia và đổi tên thành Count Rumford.

Xưởng sản xuất đại bác là một nhà kho. Ở đâu bên này của kho, công nhân tiến hành đặt vành bánh xe kim loại lên trên một bánh xe bằng gỗ, đặt khung đỡ pháo lên trên xe, sau đó họ dùng rèn để tạo hình các bộ phận của đại bác.

Ở phía bên kia của kho, công nhân đang rèn phần thân pháo, kim loại nóng chảy được đổ vào khuôn, những chiếc khuôn phần lớn đều dài hơn 12 feel và có chiều ngang hơn 4 feel. Một mũi khoan xoay tít đang khoan sâu vào giữa các khuôn, đào khoét phần bên trong của ống kim loại ra.

Đầu mũi khoan nóng đỏ lên rất nguy hiểm, họ đổ nhiều nước vào trong ống để tránh cho kim loại bị nóng chảy, những tiếng kêu rít của hơi nước phun ra từ nòng súng bắn lên phía trần nhà và ngưng đọng thành nước.

Trong một lần đến quan sát công việc của xưởng Rumford phát hiện ra một lượng nhiệt rất lớn bị thất thoát vào không khí và trong nước của nòng pháo tràn ra. Vào thời bấy giờ, các nhà khoa học cho rằng nếu vật chất càng nóng thì sẽ càng có nhiều chất nóng nén lại trong nó. Cuối cùng các chất nóng này bị trào ra và phun đi theo các hướng, bất kỳ vật nào bị chất nóng này bắn vào thì nhiệt độ của chúng đều tăng lên.

Rumford cảm thấy rất khó hiểu: làm sao trong một nòng pháo lại có thể chảy ra nhiều chất nóng như vậy (nhiệt)? Còn chưa kể đến khi vừa mới khoan, nòng pháo đó hoàn toàn nguội lạnh.

Và thế là Rumford quyết định tìm hiểu cho ra rốt cục có bao nhiêu chất nóng được chứa trong ống pháo và những chất nóng đó được tích ở đâu. Ông chế tạo ra một chiếc máng dài để thu toàn bộ lượng nước chảy ra từ trong ống pháo khi nó đang được khoan, như thế ông có thể đo được nhiệt độ tăng lên của nó. Ông còn yêu cầu công nhân dùng nhiều ống bằng cao su phun nước vào trong lõi ống bị khoan để ngăn chặn sự hình thành của hơi nước; ông không muốn một chút chất nóng nào có thể thoát ra theo hơi nước gây ảnh hưởng đến việc hứng nước và đo nhiệt độ của ông.

Khi bắt đầu tiến hành khoan, những tiếng rít chói tai vang lên, các ống cao su phun nước xối xả vào đầu mũi khoan. Kim loại đã bắt đầu chuyển sang màu đỏ, một dòng nhiệt nóng sâu 8 inch đột ngột tràn xuống chiếc máng hẹp chiều rộng có 1 inch và tràn qua bên cạnh Rumford cùng chiếc nhiệt kế của ông.

Rumford cảm thấy bị kích động thực sự bởi lượng chất nóng chảy ra quá nhiều, vượt cả tưởng tượng của ông, hơn nữa còn có cả dòng nước nóng chảy qua cạnh ông, nhiệt độ của nó đều trên 50 độ.

Cuối cùng, Rumford không giấu được vẻ kinh ngạc, nhiệt lượng (chất nỏng) chả ra từ trong nòng ống kim loại là quá nhiều, nó đủ sức nung ống kim loại đó thành một vật chất lỏng với độ nóng vài nghìn độ, như vậy bản thân ông kim loại đó quyết không thể chứa được nhiều chất nóng đến như vậy.

Rumford chú ý đến các công nhân khoan ống trở lại làm việc, ông phát hiện ra có sự vận động. Khi đầu mũi khoan tiếp xúc với kim loại làm nòng pháo thì đầu mũi khoan đã tác động lên kim loại và chính sự tác động đó đã sinh ra nhiệt, vận động đã được chuyển hóa thành nhiệt như vậy!

Ngày nay chúng ta gọi sự vận động đó là ma sát, ma sát là một trong những nguồn gốc chủ yếu sinh ra nhiệt. Thế nhưng vào năm 1790 lại không có một ai tin vào lý luận ma sát sinh ra nhiệt của Rumford, người ta vần một mực kiên trì lý luận chất nóng, và sự kiên trì này đã tồn tại tới 50 năm.

schoolnet