Ιστορικό...

Ιστορικό Υπόβαθρο – Αναδρομή: Ενέργεια 1Storytelling Teaching Model: http://science-story-telling.eu

Ιστορικό υπόβαθρο - αναδρομή: ΕνέργειαΥπό την παιδαγωγική οπτική γωνία φαίνεται ότι υπάρχουν τρεις πλευρές οι οποίες σχετίζονται με τη δι-δασκαλία της ενέργειας στο Γυμνάσιο: Η ενέργεια ως έννοια μαζί με την έννοια της διατήρησης της ενέρ-γειας, η ανανεώσιμη ενέργεια καθώς και η έννοια της αποδοτικότητας της ενέργειας. Ο στόχος αυτής τηςιστορικής αναδρομής είναι να θέσει τις βάσεις για τη δημιουργία ιστοριών οι οποίες θα μπορούν να χρησι-μοποιηθούν ξεχωριστά η καθεμιά ή και συνδυαστικά και θα βοηθήσουν τους δασκάλους να διδάξουν τιςτρεις αυτές πλευρές.

Ο ιστορικός και φιλόσοφος της επιστήμης Τό-μας Κουν (Thomas Kuhn) υποστήριξε ότι μπο-ρούμε να ξεχωρίσουμε έως δώδεκα ερευνητές, οιοποίοι συνέβαλαν στη θεμελίωση της αρχής διατή-ρησης της ενέργειας (Kuhn, 1959).

Ένας από αυτούς τους ερευνητές, ο ΤζέημςΠρέσκοτ Τζουλ (James Prescott Joule) μπορεί ναθεωρηθεί ως κεντρικό πρόσωπο σε αυτή την ανα-δρομή. Ο Τζουλ, αποτελεί κεντρική φιγούρα κα-θώς, τουλάχιστον κατά την κοινή πεποίθηση, είναιαυτός που θεμελίωσε το μηχανικό ισοδύναμο της

θερμότητας. Ωστόσο μετά από μια προσεκτική με-λέτη καθίσταται φανερό ότι δεν ήταν μόνο οΤζουλ ο οποίος καθιέρωσε αυτή την αρχή, αλλά

και ο Γουίλιαμ Τόμσον (William Thomson) ο ο-ποίος αργότερα πήρε τον τίτλο του λόρδου Κέλ-βιν (Kelvin).

Επίσης, ο Τζουλ δεν ξεκίνησε τη δουλειά τουαπό το μηδέν αλλά στηρίχθηκε σημαντικά στοέργο του Μπέντζαμιν Τόμσον (Benjamin Thomp-son), γνωστού και ως κόμη Ράμφορντ (countRumford) ο οποίος διεξήγαγε έρευνες πάνω στηθερμότητα στα τέλη του 18ου και τις αρχές του 19ου

αιώνα. Ωστόσο αυτοί οι ερευνητές είχαν σε πολύμεγαλύτερο βαθμό πρακτικούς σκοπούς απ’ ότι ο

Τζουλ. Ως πρώτη σημαντική προσπάθεια για τηνανακάλυψη ανανεώσιμων πηγών ενέργειας μπορείνα θεωρηθεί η δουλειά του Γάλλου δασκάλουΩγκουστίν Μουσώ (Αugustin Mouchot), ο οποίοςκατά τη δεκαετία του 1870 διεξήγαγε σημαντικές

Εικ. 1: Το πείραμα του Ράμφορντ σχετικά με την ποιότητα του μπαρουτιού, (Thompson 1781)

2 Ιστορικό Υπόβαθρο – Αναδρομή: ΕνέργειαStorytelling Teaching Model: http://science-story-telling.eu

έρευνες στη χρήση και εφαρμογή της ηλιακής ε-νέργειας στο βιομηχανικό εξοπλισμό.

Ο κόμης Ράμφορντ και το έργο του πάνω στηθερμότητα.

Το έργο του κόμη Ράμφορντ πάνω στη θερμό-τητα καλύπτει ένα τεράστιο ερευνητικό πεδίο κα-θώς o Ράμφορντ εργάστηκε πάνω στο αντικείμενογια περίπου 25 χρόνια. H πρώτη του έρευνα πάνω

στο αντικείμενο προέκυψε από τη στρατιωτικήτου εμπειρία: Ερεύνησε την ποιότητα του μπαρου-τιού (Τhompson, 1781). Για να το κάνει αυτό κρέ-μασε ένα κανόνι καθώς και ένα βαλιστικό εκρεμές.Το εύρος της ταλάντωσης του κανονιού μετά τηβολή αποτελούσε ένδειξη για την ποιότητα τουμπαρουτιού.

Το πρώτο αυτό πείραμα δεν ήταν ιδιαίτερα ση-μαντικό ή σχετικό με την έρευνα της θερμότητας.Ωστόσο ο Τόμσον επεσήμανε μια λεπτομέρεια ηοποία αποδείχτηκε σημαντική: Παρατήρησε ότι το

κανόνι θερμαινόταν περισσότερο όχι όταν εκτό-ξευε κάποιο βλήμα αλλά αντίθετα όταν το μπα-ρούτι εκρήγνυτο μέσα στην κάνη του. Όταν βρι-σκόταν στο Μόναχο και είχε την ευθύνη παραγω-γής όπλων ο Ράμφορντ έκανε ακόμη μια παρατή-ρηση την οποία εξέλιξε σε πείραμα. Κατά τη διαδι-κασία διάνοιξης της κάνης του κανονιού το μέ-ταλλο θερμαινόταν. Ο Ράμφορντ χρησιμοποίησεένα ατσάλινο τρυπάνι με σκοπό να αυξήσει την

παραγωγή της θερμότητας. Με αυτό τον τρόπομπόρεσε να θερμάνει σε σημείο βρασμού το νερό(το οποίο είχε μάζα 26,58 λιβρών), το οποίο υ-πήρχε με σκοπό να ψύχεται το κανόνι (Τhompson,1798).

Παράλληλα ο Ράμφορντ έδειξε ότι η θερμοχω-ρητικότητα των μεταλλικών ρινισμάτων (πλακι-δίων) τα οποία παράχθηκαν κατά τη διαδικασίατης διάνοιξης της κάνης με το τρυπάνι δεν άλ-λαξε. Με βάση αυτά τα πειράματα ο Ράμφορντ έ-φτασε στο συμπέρασμα ότι η θερμότητα μπορεί να

Εικ. 2 Το πείραμα διάνοιξης του κανονιού του Ράμφορντ (Thompson 1798).


παραχθεί από το μηχανικό έργο σε απεριόριστεςποσότητες. Καθώς όμως η παραγωγή υλικών ου-σιών δεν ήταν αποδεκτή σύμφωνα με τις αντιλή-ψεις της εποχής, οδηγήθηκε επίσης στο συμπέρα-σμα ότι η θερμότητα δεν αποτελεί ουσία, αλλά δενείναι παρά η κίνηση των μικρότερων δυνατών σω-ματιδίων της ύλης.

Κατ’ αυτόν τον τρόπο ήρθε σε αντιπαράθεσημε την πλέον διαδεδομένη και κοινά αποδεκτή α-ντίληψη περί θερμότητας της εποχής. Το 1789 οΓάλλος χημικός Αντουάν Λωράν ντε Λαβουαζιέ(Antoine- Laurent de Lavoisier) δημοσίευσε τηνπερίφημη Στοιχειώδη Πραγματεία Περί Χημείας(Traité Élémentaire de Chimie) (Lavoisier 1789).Στη μονογραφία αυτή καθώς και σε μια σειρά απόερευνητικές - επιστημονικές δημοσιεύσεις ο Λα-βουαζιέ χρησιμοποίησε τον όρο «θερμιδική»(caloric). Για το Λαβουαζιέ η θερμιδική ήταν μίααπό τις “απλές ουσίες που υπάρχει σε όλα τα βασί-λεια της φύσης και η οποία μπορεί να θεωρηθεί ωςτο στοιχείο των σωμάτων (Λαβουαζιέ 1790, p.175). Αυτή η ουσία θεωρούνταν αβαρής και ως εκτούτου μια εκ των αβαρών αδιάκριτων ρευστών.Άλλα αβαρή ρευστά ήταν η ύλη του φωτός (lumicσύμφωνα με την ονοματολογία του Λαβουαζιέ)ενώ υπήρχαν και ηλεκτρικά και μαγνητικά ρευστά.Η θερμιδική θεωρία θεωρούνταν ότι ήταν σε θέσηνα εξηγήσει και τα φαινόμενα που σχετίζονταν μετη θερμότητα.Παρά τις σημαντικές διαφορές πουυπήρχαν ανάμεσα στο σύστημα του Λαβουαζιέ καισε αυτό των Μπέχερ (Becher) και Σταλ (Stahl),κάποιες ιδιότητες της θερμιδικής ήταν παρόμοιεςμε την παλαιότερη ουσία που έφερε το όνομαφλογιστόν. Αυτό το γεγονός έπαιξε ρόλο στοπρώτο όργανο που επέτρεψε τη μέτρηση της θερ-μότητας, το θερμιδόμετρο πάγου, να λάβει την ο-νομασία ‘θερμιδόμετρο’ (Roberts 1991, δες επίσηςBeretta 2005).

Η σημασία του έργου του Λαβουαζιέ για τοέργο του Ράμφορντ πάνω στην αρχή διατήρησηςτης ενέργειας δεν έγκειται τόσο στο γεγονός ότιτο σύστημα του πρώτου ήταν η κοινά αποδεκτήθεωρία εκείνη την εποχή, κάτι το οποίο κατ’ ουσίατο έργο του Ράμφορντ δεν αμφισβήτησε, αλλά α-κριβώς στο αντίθετο: Κατά το πρώτο τέταρτο του19ου αιώνα η θερμότητα θεωρούνταν ως υλικήουσία την οποία οι περισσότεροι ερευνητές ταύτι-ζαν με το θερμιδικό του Λαβουαζιέ. Η σημασία

του έργου του Ράμφορντ έγκειται στην αντίληψηπερί της αφθαρσίας των στοιχείων. Καθώς το θερ-μιδικό ήταν ένα από τα στοιχεία του Λαβουαζιέ(παρότι ήταν αβαρές ρευστό συμπεριλαμβανότανστο σύστημά του ως στοιχείο όπως το οξυγόνο ή οσίδηρος), ήταν εμφανές ότι η ουσία αυτή δεν μπο-ρούσε ούτε να δημιουργηθεί ούτε να καταστραφεί.Συνεπώς η ιδέα της διατήρησης θεμελιώθηκε μέσωτης θεωρίας της θερμότητας.

Εκτός από τα πειράματα του Ράμφορντ πάνω

στη διάνοιξη των κανονιών ακόμη δύο ερευνητικάεγχειρήματά του μπορούν να συσχετισθούν άμεσαμε τη θεμελίωση της θεωρίας της θερμότητας: Α-φενός η ανάλυση της θερμικής ακτινοβολίας. Τοθέμα αυτό απασχόλησε τη φυσική φιλοσοφία στιςαρχές του 19ου αιώνα όταν ο Γουίλιαμ Χέρσελ(William Herschel) (ο οποίος είναι κυρίως γνω-στός για την ανακάλυψη του πλανήτη Ουρανού)ύστερα από μια σειρά μετρήσεων έφτασε στο συ-μπέρασμα ότι η ηλιακή ακτινοβολία δεν αποτε-λούνταν απλώς από φως, αλλά επίσης εμπεριείχεθερμική ακτινοβολία, η οποία μάλιστα έφτανε στη

Εικ 3: Ο θερμιδομετρτής πάγου των Λαβουαζιέ και Λαπλάς(Lavoisier 1789), https://upload.wikimedia.org/wikipe-dia/commons/3/35/Ice-calorimeter.jpg


μεγαλύτερή της ένταση πέρα από την κόκκινηζώνη του ηλιακού φάσματος.1

Αυτές οι «νέες ακτίνες» έγιναν αντικείμενο έ-ρευνας για πολλούς ερευνητές, γνωστότερος τωνοποίων είναι ο Τζον Λέσλι (John Leslie), ο οποίοςδημοσίευσε το 1804 μια μονογραφία πάνω στοθέμα. Ο Ράμφορντ επίσης δημοσίευσε το 1804 μιαέρευνα στην οποία ανέλυε την ικανότητα διαφό-ρων υλικών να εκπέμπουν θερμική ακτινοβολία2.Αν και η έρευνα αυτή μπορεί να θεωρηθεί ως αυ-τοτελής, έχει πλευρές οι οποίες έχουν άμεση σχέσημε το θέμα μας: Ήταν σχετική με τη βελτίωση τηςαποδοτικότητας των θερμαντικών σωμάτων (σό-μπες, θερμάστρες κ.τ.λ.), ζήτημα το οποίο απα-σχόλησε το Ράμφορντ για δεκαετίες.

Ο Ράμφορντ κατασκεύασε ένα όργανο το ο-ποίο ονόμασε θερμοσκόπιο. Το όργανο αυτό απο-τελείται από ένα γυάλινο σωλήνα σε σχήμα U. Σταδύο άκρα του σωλήνα είναι τοποθετημένες κοίλεςσφαίρες, οι οποίες εμπεριέχουν αέρα. Αυτές οισφαίρες, οι οποίες ήταν φτιαγμένες από πολύ λε-πτό γυαλί, είναι αμαυρωμένες.

1 Υπόβαθρο αυτών των πειραμάτων υπήρξε το αίτημα να βρε-θεί ποιο τμήμα του (ορατού) φάσματος μπορούσε να επηρεά-σει πιο σημαντικά τους φακούς του τηλεσκοπίου λόγω τηςαύξησης της θερμοκρασίας του γυαλιού.

Λόγω της αμαύρωσης οι γυάλινες σφαίρες α-πορροφούν θερμική ακτινοβολία. Καθώς το γυαλίείναι πολύ λεπτό η θερμότητα που απορροφάταιδιοχετεύεται μέσα στη σφαίρα. Καθώς κλείνει οσωλήνας λόγω της αύξησης της θερμοκρασίας, αυ-ξάνεται και η πίεση. Κατά συνέπεια συμπεραί-νουμε ότι η πίεση που υφίσταται και στα δύο άκρατου σωλήνα σχετίζεται με την απορροφηθείσαθερμική ακτινοβολία.

Στο μέσο του οριζόντιου μέρους του γυάλινουσωλήνα τοποθετείται μια σταγόνα οινοπνεύματος.Όταν διαφοροποιείται η πίεση ανάμεσα στα δύο ά-κρα, η σταγόνα κινείται προς το μέρος με τη χαμη-λότερη πίεση. Το συμπέρασμα που προκύπτει είναιότι το αέριο με τη χαμηλότερη πίεση συμπιέζεται,ενώ το αέριο με την υψηλότερη πίεση διαστέλλε-ται μέχρι οι διαφορετικές τιμές της πίεσης που υ-πάρχουν στα δύο άκρα να εξισωθούν. Ένας χάλ-κινος δίσκος τοποθετείται μεταξύ των γυάλινωνσφαιρών με τέτοιο τρόπο ώστε η θερμότητα πουεκπέμπεται από την πηγή η οποία βρίσκεται σε ευ-θεία με τις σφαίρες, να επηρεάζει μόνο τη μία απόαυτές.

Το θερμοσκόπιο τοποθετείται σε ένα ξύλινοπλαίσιο. Και στις δυο πλευρές του πηγές θερμότη-τας (μεταλλικά δοχεία με ζεστό νερό) τοποθετού-νται σε εναλασσόμενες θέσεις (εγγύτερα και πιομακριά) ως προς το θερμοσκόπιο. Στην αρχή τουκάθε πειράματος αμφότερες οι πηγές θερμότηταςτοποθετούνται σε ίση απόσταση (με το θερμοσκό-πιο). Λόγω της απορρόφησης της θερμικής ακτι-νοβολίας και της συνεπαγόμενης διαφοράς πίεσηςη σταγόνα του οινοπνεύματος αρχίζει να κινείται.

2 Δες Leslie (1804) και Thompson (1804). Για μια επισκόπησηαυτών των ερευνών, δες Olson (1970).

Εικ 4: Η πειραματική διάταξη που χρησιμοποίησεο Χέρσελ για την ανακάλυψη της θερμικής ακτινο-βολίας, Herschel 1800

Εικ. 5: Το θερμοσκόπιο του Ράμφορντ, Thompson 1804


Το πείραμα αυξάνει την απόσταση ανάμεσα στηνισχυρότερη πηγή θερμότητας και το θερμοσκόπιο,εως ότου η σταγόνα του οινοπνεύματος να ισορ-ροπήσει στην αρχική της θέση. Η σύγκριση των α-ποστάσεων των δύο πηγών σε σχέση με το θερμο-σκόπιο λειτουργεί ως ένδειξη των εκπομπών τους.Ο Ράμφορντ θεώρησε ως δεδομένο ότι η θερμό-τητα η οποία εκπέμπεται μειώνεται κατ’ αναλογίατου αντίστροφου τετραγώνου της απόστασης. Ησχέση αυτή η οποία είχε αποδειχθεί πρώτα απότον Ελβετό μαθηματικό Γιόχαν Χάινριχ Λάμπερτ(Johann Heinrich Lambert) αφορούσε τη μείωσητης έντασης του φωτός σε σχέση με την από-σταση, εργασία με την οποία ο Ράμφορντ, λόγωτου δικού του έργου πάνω στη φωτομετρία, ήτανεξοικοιωμένος. Η εξίσωση του Λάμπερτ φαινομε-νικά είχε εφαρμογή και στη θερμική ακτινοβολία.

Ωστόσο το αίτημα της βελτίωσης της αποδοτι-κότητας δεν περιοριζόταν για τον Ράμφορντ στηθερμική ακτινοβολία και στα θερμαντικά σώματα.Μια ακόμη έρευνα η οποία μπορεί να ιδωθεί μέσαστο ίδιο πλαίσιο ήταν αυτή που αφορούσε τις μο-νωτικές ιδιότητες διαφόρων υλικών. Αυτή η εργα-σία διεξήχθη στο Μόναχο, όταν ο Ράμφορντ ήτανυπουργός πολέμου και είχε μια ευρεία άποψη γύρωαπό τα στρατιωτικά ζητήματα. Ο στόχος του ήταν

3 Για την ιστορία των πρώτων ηλεκτρικών κινητήρων δες ι-διαίτερα Schiffer (2008).

να αναπτύξει το επιστημονικό πλαίσιο που θα τουεπέτρεπε να βρει το πλέον κατάλληλο υλικό γιατις στολές του βαυαρικού στρατού. Ο στόχος ήταννα βρεθεί το υλικό που θα ήταν ιδανικό για μίαστολή η οποία θα ήταν κατάλληλη για τους στρα-τιώτες τόσο το χειμώνα όσο και το καλοκαίρι. ΟΡάμφορντ, όπως και στο πείραμα όπου ανέλυσε τηθερμική ακτινοβολία, χρησιμοποίησε μεταλλικάδοχεία ως πηγές θερμότητας. Αυτά τα δοχεία ήτανκαλλυμένα με διάφορα υλικά ένδυσης. Ο Ράμ-φορντ τα γέμισε με ζεστό νερό και παρατήρησεότι η θερμοκρασία του νερού έπεφτε. Με αυτή τημέθοδο μπόρεσε να βρει τον πιο αποδοτικό τρόπονα μονώσει το ανθρώπινο σώμα.

Συνοψιζοντας, θα μπορούσαμε να πούμε ότι τοέργο του Ράμφορντ μπορεί να ιδωθεί ως η αφετη-ρία για την ανάπτυξη της επιστήμης της ενέργειαςκαθώς διεξήγαγε πειράματα τα οποία σχετίζονταιμε τη διαμόρφωση της αρχής διατήρησης της ε-νέργειας, αλλά και με ένα πεδίο το οποίο σήμερααποκαλέιται ‘ενεργειακή αποδοτικότητα’, ειδικάσε σχέση με τις ιδιότητες διαφόρων υλικών.

H διαμόρφωση της αρχής της διατήρησης της ε-νέργειας

Ο Τζουλ ξεκίνησε τις έρευνές του αναλύονταςηλεκτρικούς κινητήρες.3 Αυτή η δραστηριότητασχετιζόταν άμεσα με την εργασία του στο ζυθο-ποιείο του πατέρα του όπου αρχικά χρησιμοποι-ούνταν μηχανές ατμού. Ωστόσο η εισαγωγή τουηλεκτρικού κινητήρα έφερε μαζί της δυνατότητεςοι οποίες υπερέβαιναν κατά πολύ αυτές της μηχα-νής ατμού. Συνεπώς φαινομενικά ο στόχος τουΤζουλ ήταν να κατασκευάσει μια οικονομική ηλε-κτρομαγνητική μηχανή. Ο στόχος αυτός γίνεταιφανερός από το παρακάτω απόσπασμα: «δεν έχωσχεδόν καμιά αμφιβολία ότι ο ηλεκτρομαγνητι-σμός θα αντικαταστήσει τον ατμό σε ό,τι αφοράτην κίνηση των μηχανών … η αποδοτικότητα(μιας μηχανής) θα βρίσκεται σε ευθεία αναλογίαμε την ποσότητα ηλεκτρισμού που χρειάζεται, ενώτο κόστος που απαιτείται για τη λειτουργία τηςμπορεί να μειωθεί επ’ άπειρο» (Joule 1884, p. 14).Η ιδέα αυτή ενός «οικονομικού αεικίνητου» δενβρίσκεται μόνο στα γραπτά του Τζουλ αλλά ήταν

Εικ. 6: To θερμαντικό σώμα του Ράμφορντ,Thompson 1804.


πεποίθηση μεταξύ πολλών φυσικών της εποχής.4

O Τζουλ τελικά κατέληξε στο συμπέρασμα (όπωςκαι άλλοι ερευνητές) ότι ο ψευδάργυρος που προ-καλεί την αντίδραση στο γαλβανικό στοιχείο τηςηλεκτρομηχανής ήταν πιο ακριβός από τα καύ-σιμα τα οποία χρειαζόταν μια μηχανή ατμού γιανα παραγάγει το ίδιο έργο.

Τα επόμενα χρόνια, το αντικείμενο της έρευναςτου Τζουλ ήταν η παραγωγή θερμότητας, είτεμέσω βολταϊκού ηλεκτρισμού, είτε μέσω μπατα-ριών, είτε μέσω της χημικής καύσης. Οι έρευνεςαυτές ήταν ποσοτικές. Αφού ολοκλήρωσε αυτήτην έρευνα ο Τζουλ στράφηκε σε νέο αντικείμενο:Το 1843, κατά τη διάρκεια της συνάντησης τουΒρετανικού Ένωσης για την Πρόοδο της Επιστή-μης (British Association for the Advancement ofScience) παρουσίασε μια εργασία η οποία υπήρξετο έναυσμα για τη μεταγενέστερη επιτυχία του.Περιέγραψε το αντικείμενο των νέων ερευνών τουανακοινώνοντας «έχοντας αποδείξει ότι η θερμό-τητα παράγεται από τη μαγνητο-ηλεκτρική μη-χανή και ότι μέσω της επαγωγικής ισχύος του μα-γνητισμού μπορούμε να μειώσουμε ή να αυξή-σουμε κατά βούληση τη θερμότητα που παράγεταιαπό τις χημικές αλλαγές, το αίτημα το οποίο προέ-κυψε είναι να ανακαλυφθεί εάν υπάρχει μια στα-θερή αναλογία ανάμεσα σε αυτή (τη θερμότητα)και τη μηχανική ισχύ η οποία κερδήθηκε ή χά-θηκε» (Joule 1884, p. 149). Ο Τζουλ διεξήγαγε νέαπειράματα για να αποδείξει την ύπαρξη ενός μηχα-νικού ισοδύναμου της θερμότητας και να προσδιο-ρίσει την μαθηματική του φόρμουλα. Μέσω μιαςσειράς πειραμάτων προσδιόρισε το συντελεστή σεftlb/BTU, ενώ σε μία δεύτερη σειρά πειραμάτων ηοποία περιλήφθηκε στην ίδια δημοσίευση το απο-τέλεσμα ήταν 770 ftlb/BTU.

Κοιτώντας τα αποτελέσματα που δημοσίευσε οΤζουλ μπορούμε να βγάλουμε κάποια συμπερά-σματα για το θεωρητικό του υπόβαθρο. Τα ισοδύ-ναμα τα οποία υπολόγισε σύμφωνα με τη δημοσί-ευσή του ήταν (σε ftlb/BTU): 896; 1001; 1040; 910;1026; 587; 742 (μέσος όρος πέντε πειραμάτων);860 (μέσος όρος δύο πειραμάτων); 770. Τα αποτε-λέσματα που σημειώνονται με την έντονη γραφή

4 Aυτό δεν πρέπει να συγχέεται με το επιστημονικό αεικίνητο,σύγχυση στην οποία υπέπεσε π.χ ο Breger: “Προφανώς οΤζουλ δεν είχε αντίρρηση επί της αρχής για τη δυνατότητα α-

προέρχονται από πειράματα “τα οποία διεξήχθη-σαν με ακριβώς τον ίδιο τρόπο” (Joule 1884, p.153). Θα ήταν παράτολμο να θεωρήσει κανείς τααποτελέσματα αυτά ως απόδειξη για την ύπαρξηοποιουδήποτε ισοδύναμου. Με άλλα λόγια οΤζουλ θα έπρεπε εξαρχής να πιστεύει στην ύπαρξητου μηχανικού ισοδύναμου της θερμότητας για ναδιατυπώσει το συγκεκριμένο συμπέρασμα βάσειτων πειραματικών δεδομένων που διέθετε. Τα δε-δομένα αυτά θα μπορούσαν επίσης να ερμηνευ-θούν ως ένδειξη του γεγονότος ότι η ποσότητατης θερμότητας η οποία παράγεται από ισοδύναμομηχανικό έργο διαφέρει σημαντικά από το τελευ-ταίο γεγονός που μπορεί να εξαρτάται από την ύ-παρξη κάποιας άγνωστης ή αστάθμητης παραμέ-τρου. Ωστόσο, ο Τζουλ έφτασε στο συμπέρασμαότι το μηχανικό ισοδύναμο της θερμότητας υπάρ-χει και ότι οι αποκλίσεις στα πειραματικά του δε-δομένα οφείλονταν στις περιορισμένες δυνατότη-τες των οργάνων μέτρησης που διέθετε: “Ομο-λογώ ότι υπάρχουν σημαντικές διαφορές ανάμεσασε κάποια από τα δεδομένα, αλλά, πιστεύω, όχιμεγαλύτερες από αυτές που θα μπορούσαν να λο-γικά να δικαιολογηθούν, ως οφειλόμενες σε πειρα-ματικά λάθη” (Joule 1884, p. 156).

Παρόλο που ο Τζουλ αντιλαμβανόταν τις δια-φορές στα πειραματικά του δεδομένα, ισχυριζότανότι είχε αποδείξει την ύπαρξη του μηχανικού ισο-δύναμου της θερμότητας. Συνεπώς μπορεί να θεω-ρηθεί εύλογο το συμπέρασμα ότι δεν κατέληξεστην πεποίθηση για την ύπαρξη του μηχανικού ι-σοδύναμου της θερμότητας βάσει των πειραματι-κών του δεδομένων, αλλά για κάποιους άλλουςλόγους. Προς το τέλος της έρευνάς του πάνω στοαντικείμενο, ο ίδιος ο Τζουλ έδωσε εξήγησε αυ-τούς τους λόγους δηλώνοντας ότι ήταν “ικανοποι-ημένος ότι οι μεγάλοι παράγοντες της φύσης είναι,από τη βούληση του Δημιουργού, άφθαρτοι καιότι για οποιαδήποτε μηχανική δύναμη καταναλώ-νεται, αποκτάται ένα ακριβές ισοδύναμο θερμότη-τας” (Joule 1884, p. 158). Αυτή η δήλωση μας επι-τρέπει να υποθέσουμε το θεωρητικό υπόβαθροπου καθοδηγούσε το Τζουλ στην προσπάθειά του

νακάλυψης του αεικίνητου στην εποχή του· προφανώς πί-στευε ότι “μια ανεξάντλητη πηγή ισχύος είναι επιτεύξιμη”(Breger 1982, p.194).


να προσδιορίσει το μηχανικό ισοδύναμο της θερ-μότητας. Η ιδέα ότι οτιδήποτε μπορούσε να δη-μιουργηθεί ή να καταστραφεί ήταν ασύμβατη μετη θεώρηση του Τζουλ για τη φύση. Είχε ενσωμα-τώσει ως ιδέα την αρχή της διατήρησης, με τρόποο οποίος καθιστούσε αδύνατη την αποδοχή ο-ποιασδήποτε εξαίρεσης από αυτή. Αλλά φαινομε-νικά υπήρχαν πολλές εξαιρέσεις, όπως για παρά-δειγμα η παραγωγή θερμότητας από τη μαγνητο-ηλεκτρική μηχανή. Συνεπώς, ήταν απαραίτητο γιατο Τζουλ να αναπτύξει μια καινούργια ιδέα, την ι-δέα της ισοδύναμης μεταμόρφωσης αυτών που ο-νόμασε μεγάλους παράγοντες της φύσης. Η ιδέααυτή, η ισοδύναμη μετατρεψιμότητα, ήταν το α-παραίτητο θεωρητικό βήμα το οποίο επέτρεψε τημετάβαση από την αρχή της διατήρησης της θερ-μότητας (ως θερμιδικής) υπό την έννοια του Λα-βουαζιέ, στην αρχή της διατήρησης της ενέργειας.

Η εργασία που παρουσίασε ο Τζουλ το 1843δεν συγκέντρωσε ιδιαίτερα την προσοχή του επι-στημονικού κόσμου. Τα επόμενα χρόνια ο Τζουλπαρουσίασε αρκετές εργασίες στις οποίες περιέ-γραφε διάφορα πειράματα τα οποία διεξήγαγε μεσκοπό να προσδιορίσει με ακρίβεια την τιμή τουμηχανικού ισοδύναμου της θερμότητας. Δύο απόαυτές τις εργασίες είναι αξιομνημόνευτες για εντε-λώς διαφορετικούς λόγους. H μία δημοσιεύτηκεστο περιοδικό «Φιλοσοφικές Ανταλλαγές»(PhilosophicalTransactions) to 1850 και είχε τίτλο«Περί του Μηχανικού ισοδύναμου της Θερμότη-τας» (On the Mechanical Equivalent of Heat). Στηδημοσίευση αυτή ο Τζουλ περιέγραψε επακριβώςτα πειράματά του με την περίφημη “τροχό μετ ηφτερωτή”. Η δημοσίευση αυτή δεν περιείχε μόνοτον υπολογισμό του μηχανικού ισοδύναμου τηςθερμότητας και τα δεδομένα τα οποία ο Τζουλ ε-ξήγαγε από τα πειράματά του αλλά και μία αναλυ-τική περιγραφή της πειραματικής του διάταξης. Ε-πιπροσθέτως ο Τζουλ περιέγραφε τα πειράματάτου σχετικά με την τριβή του ψευδάργυρου καιτου χυτοσίδηρου. Η δημοσίευση αυτού του άρ-θρου στις εγνωσμένου κύρους «Φιλοσοφικές α-νταλλαγές» μπορεί να θεωρηθεί ως ισχυρή ένδειξητης αποδοχής του έργου του Τζουλ από τη βρετα-νική επιστημονική κοινότητα.

Το άλλο σημαντικό άρθρο παρουσιάστηκε απότον ίδιο τον Τζουλ στην ετήσια συνάντηση τηςΒρετανικής Εταιρείας. Όπως παρατήρησε και ο

βιογράφος του Ντ. Κάρντγουελ (D. Cardwell): “ΟΤζουλ πίστευε ότι η εργασία του θα περνούσε α-παρατήρητη εάν δεν σηκωνόταν ένας νεαρός άν-δρας στο βάθος της αίθουσας να κάνει κάποιες ε-ξαιρετικά εύστοχες ερωτήσεις οι οποίες ξεσήκω-σαν το ενδιαφέρον του κοινού» (Cardwell 1989, p.83). Αυτός ο νεαρός ήταν ο Γουίλιαμ Τόμσον, ο ο-ποίος αργότερα έγινε γνωστός ως λόρδος Κέλβιν.Ήταν ένας από τους πρώτους επιστήμονες που α-πέκτησαν πραγματική επιρροή στην επιστημονικήκοινότητα και ήταν ο πρώτος ο οποίος έδειξεπραγματικό ενδιαφέρον για τα πειραματικά απο-τελέσματα του Τζουλ. Παρόλο που δεν συμφω-νούσε αρχικά με τις ιδέες του Τζουλ, στη συνέχειαπείστηκε και όχι μόνο υποστήριξε τη θεωρία τουΤζουλ, αλλά ξεκίνησε και μια εξαιρετικά επιτυχη-μένη συνεργασία μαζί του.

Ο Τόμσον ήταν διστακτικός ως προς τους πει-ραματικούς ισχυρισμούς του Τζουλ καθώς είχε λά-βει μέρος της εκπαίδευσής του στη Γαλλία όπουήρθε σ’ επαφή με το έργο του Βικτόρ Ρενώ (VictorRegnault) και του Σαντί Καρνό (Sadi Carnot). Οτελευταίος είχε δείξει ότι το έργο μιας ατμομηχα-νής εξαρτάται από τη διαφορά της θερμοκρασίαςΚατά συνέπεια το έργο δεν θα μπορούσε να ισο-δυναμεί με μια συγκεκριμένη ποσότητα θερμότη-τας, αλλά αντιθέτως θα έπρεπε να εξαρτάται απότις διαφορές της θερμοκρασίας. Χρειάστηκε να α-ναπτυχθεί η έννοια της ενεργειακής διασποράς(και κατ’ επέκταση της εντροπίας) ώστε τα ευρή-ματα του Τζουλ και του Καρνό να μην αλληλοα-ναιρούνται. Υπό μία έννοια ήταν αυτή η αντίθεση,συνοδευόμενη από την αυξανόμενη αποδοχή τηςέννοιας της ενέργειας η οποία έδωσε το έναυσμαγια την περαιτέρω ανάπτυξη της έννοιας της ενέρ-γειας. Μόνο κατά τη διάρκεια της συνεργασίαςπείστηκε ο Τόμσον ότι τα αποτελέσματα τουΤζουλ ήταν σωστά και σημαντικά και κατά συνέ-πεια βρήκε το κίνητρο να υποστηρίξει τον Τζουλστην επιστημονική κοινότητα.


Αυτή η πλευρά είναι σχετική με την αποδοχήτου έργου του Τζουλ από τη βρετανική επιστημο-νική κοινότητα: Το γεγονός ότι αγνοήθηκαν ταευρήματά του μπορεί εν μέρει να εξηγηθεί από τογεγονός ότι ήταν ιδιοκτήτης ζυθοποιείου από τοΜάντσεστερ. Παρόλο που το δεδομένο αυτό τουεξασφάλιζε διαρκή και άφθονη χρηματοδότησηγια τα πειράματά του (κάτι το οποίο θα συζητηθεί

παρακάτω) του δημιουργούσε ένα ιδιόρυθμο πρό-βλημα: Πέρα από το γεγονός ότι εισήγαγε έννοιεςοι οποίες ήταν δύσκολο να κατανοηθούν, η κοινω-νική του θέση κατέστησε ακόμη πιο δυσχερή τηδυνατότητα αποδοχής της θεωρίας του. Δεν ήτανένας εκπαιδευμένος επιστήμονας αλλά μάλλον έ-νας αστός ερασιτέχνης-λάτρης της επιστήμης, χω-ρίς επιστημονικό βιογραφικό ή ακαδημαϊκή θέση.Ενώ αυτός ήταν ο κάνόνας κατά τον 18ο και κατάτις αρχές του 19ου αιώνα, στην εποχή του Τζουλ(στα μέσα του 19ου αιώνα) τα πράγματα είχαν αλ-λάξει. Η επιστήμη γινόταν όλο και πιο επαγγελμα-τική στη Βρετανία, με αποτέλεσμα τον περιορισμότων επιστημονικών ζητημάτων στους επαγγελμα-τίες επιστήμονες. Υπήρχαν βέβαια εξαιρέσεις μεπιο σημαντική αυτή του Μάικλ Φαραντέϊ(Michael Faraday). Παρόλα αυτά η κοινωνικήθέση του Τζουλ, όταν αυτός άρχισε να δημοσιεύειτις εργασίες του πάνω στο μηχανικό ισοδύναμοτης θερμότητας ήταν οπωσδήποτε ένα ζήτημα.Από την άλλη πλευρά ο Γουίλιαμ Τόμσον ήταν έ-νας άριστα εκπαιδευμένος νεαρός, καθηγητής στοπανεπιστήμιο της Γλασκώβης ο οποίος, παρά τηνηλικία του, είχε λόγω της θέσης του καταξιωθεί

στην επιστημονική κοινότητα. Συνεπώς η απο-δοχή εκ μέρους του Τόμσον της εργασίας τουΤζουλ την καθιστούσε έγκυρη στα μάτια της επι-στημονικής κοινότητας συνολικά. Θα μπορούσενα ειπωθεί ότι η υποστήριξη του Τόμσον ήταναυτή που επέτρεψε την αναγνώριση της δουλειάςτου Τζουλ.

Αλλά η αξία του έργου του Τζουλ δεν έγκειται

στην κοινωνική του θέση, αλλά στα πειράματάτου τα οποία είναι αξιοθαύμαστα.

Ας δώσουμε μια σύντομή περιγραφή του πειρά-ματος του σχήματος 7 με βάση το οποίο υπολό-γισε το μηχανικό ισοδύναμο της θερμότητας. Οιτροχαλίες κατασκευάσθηκαν πράγματι τέλειες, ί-σες μεταξύ τους.

αα είναι οι ξύλινες τροχαλίες. ΄Εχουν διάμετροένα πόδι (30 εκ.) και 2 ίντσες πάχος (5 εκ.), bb , bbείναι οι κύλινδροι στους οποίους στηρίζονται οι ά-ξονες των τροχαλιών.

Οι άξονες ενισχύθηκαν από ορειχάλκινες πλά-κες οι οποίες ήταν ακουμπισμένες σε ένα βαρύ ξύ-λινο τραπέζι, το οποίο ο Τζουλ στερέωσε στοντοίχο του εργαστηρίου του. Τα βάρη e, e δέθηκανστα άκρα ιμάντα από τους κυλίνδρους bb , bb μελεπτούς ιμάντες, οι οποίοι συνδέονταν με τον κε-ντρικό περιστροφέα f της συσκευής τριβής. Η συ-σκευή αυτή αναπαρίσταται από το σχήμα 8 καθέ-τως και από το σχήμα 9 οριζοντίως. Αποτελού-νταν από ένα ορειχάλκινο πτερύγιο - τροχό εξο-πλισμένο με 8 σετ με 4 περιστρεφόμενους βραχίο-νες, καθένας με, 4 σετ των 4, στατικά πτερύγια το

Εικ.7: H πειραματική διάταξη του Τζουλ, Joule 1872


καθένα. Ο άξονας από χαλκό λειτουργούσε ελεύ-θερα και χωρίστηκε σε δύο μέρη για να αποφευ-χθεί οποιαδήποτε αγωγή θερμότητας προς αυτήτην κατεύθυνση. Οι τροχοί με τα πτερύγια στα-θερά τοποθετούνταν σε ένα δοχείο χαλκού με δύοτρύπες στο καπάκι, ένα για την εισαγωγή του ά-ξονα και έναν για την εισαγωγή ενός θερμομέ-τρου. Κατά τη διάρκεια του πειράματος μία με-γάλη ξύλινη πλάκα συνδέθηκε στο τραπέζι για νααποφύγει όλες τις επιδράσεις της ακτινοβολίαςτης θερμότητας από τον πειραματιζόμενο προς τοχάλκινο δοχείο με το νερό.

Κατά την αρχή του πειράματος, το δοχείο χω-ρητικότητας 6 λίτρων ήταν γεμάτο νερό. Ότανόλα βρίσκονται σε θερμική ισορροπία, η θερμο-κρασία του νερού, καθώς και το του δωματίου με-τριέται, και το θερμόμετρο απομακρύνεται από τοδοχείο. Στη συνέχεια τα βάρη 26 kg συνολικά, α-φήνονται να πέσουν και ο ιμάντας που ήταν τυ-

λιγμένος στον άξονα f ξετυλίγεται. Τα βάρη κατε-βαίνουν κατά 1 μέτρο, περιστρέφοντας αυτόν καιμαζί του τη διάταξη με τα πτερύγια. Η διαδικασίααυτή επαναλαμβανόταν είκοσι φορές ενώ απαι-τούσε χρόνο 35 περίπου λεπτών για τις 20 πτώσειςτων βαρών. Κάθε φορά που τα βάρη έπεφταν, έ-νας ειδικευμένος τεχνίτης τα ανύψωνε στο ίδιοσημείο, από το οποίο αφήνονταν να πέσουν. Σύμ-φωνα με τα στοιχεία του Τζουλ, η αύξηση της θερ-μοκρασίας του νερού ήταν περίπου 0.5 C ανά 20πτώσεις των βαρών.

Αναλύοντας αυτό το πείραμα παρουσιάζονταιορισμένες λεπτομέρειες που είναι αξιοσημείωτεςκαι οι οποίες δείχνουν ότι ο Τζουλ είχε οργανώσειπολύ καλά το όλο εγχείρημα: Μπορούσε να χρησι-μοποιήσει μερικούς από τους πιο ειδικευμένουςτεχνίτες, οι οποίοι υπήρχαν σε μια βιομηχανικήπόλη όπως το Μάντσεστερ. Ο κατασκευαστής ορ-γάνωντου, ο Τζων Μπέντζαμιν Ντάνσερ (JohnBenjamin Dancer) ήταν εξαιρετικά έμπειρος και ι-διαίτερα ικανός στο να κατασκευάζει εξαιρετικάευαίσθητα θερμόμετρα: «Τα δύο θερμόμετρα πουαπέκτησε (ο Τζουλ) το 1844 ήταν, ισχυρίστηκε, ταπρώτα με ακρίβεια βαθμονομημένα θερμόμετραστη Βρετανία ....» (Cardwell 1989 , σ. 234). Τοθερμόμετρο το οποίο χρησιμοποιήθηκε για ναπροσδιοριστεί η θερμοκρασία του νερού είχε μή-κος 87 cm και βαθμονομημένη κλίμακα από το ση-μείο τήξης του πάγου έως περίπου τους 85 ° F(βλέπε, Ashworth 1930). Ο Τζουλ έγραψε ότι « ησυνεχής μέτρηση με βοήθησε να διαβάζω με γυ-μνό μάτι το 1/ 20 της υποδιαίρεσης, αργότερα ναδιαβάζω κατ’ εκτίμηση το 1/200 του ενός βαθμούFahr» (Joule 1884 , σελ. 303 ). Σε τέτοιο βαθμό

Εικ. 9: Η συσκευή του Τζουλ οριζόντια τομή, Joule 1872

Εικ 8: Η συσκευή του Τζουλ – κάθετη τομή, Joule 1872


ευαισθησίας το νερό του δοχείου απέχει πολύ απότο να είναι σε μια σταθερή θερμοκρασία. Κατά συ-νέπεια, η διαδικασία προσδιορισμού αυτής τηςθερμοκρασίας δεν επιτυγχάνεται εύκολα. Αντί ναπεριμένουν έως ότου η στήλη του υδραργύρου τουθερμομέτρου ηρεμήσει και στη συνέχεια να ανα-γνώσει τη θερμοκρασία ο διενεργών τη μέτρηση έ-πρεπε να βρει άλλους τρόπους για να καθορίσειπότε το θερμόμετρο και το νερό ήταν σε θερμικήισορροπία. Όπως αποδείχθηκε από τον Ζίμπουμ(Sibum), οι μετρήσεις της θερμοκρασίας ήταν μέ-ρος της παρασκευής μπύρας, έτσι ο διενεργών τιςμετρήσεις είχε την αντίστοιχη εμπειρία για τη διε-νέργειά τους από την επαγγελματική του εμπειρία.

Υπάρχουν και άλλες πτυχές οι οποίες δείχνουνότι αυτό το πείραμα ήταν ενσωματωμένο στην ε-μπειρία των ζυθοποιών. Ο Τζουλ χρησιμοποίησεένα δοχείο χαλκού χωρίς μόνωση, ακόμη και αν τοδωμάτιο δεν πρέπει να επηρεάζει τη θερμική κατά-σταση του ύδατος με οποιοδήποτε τρόπο. Αυτόμπορεί να φαίνεται λίγο ασυνήθιστο, ιδίως ότανλάβει κανείς υπόψη ότι ο Τζουλ χρησιμοποίησεμια ξύλινη πλάκα για την προστασία του δοχείουαπό την ακτινοβολία του σώματος του πειραματι-στή. Ωστόσο το δοχείο από χαλκό, είναι ένασκεύος που χρησιμοποιούνταν κατά κόρον στη ζυ-θοποιία. Ο Τζουλ ήταν πολύ έμπειρος στον έ-λεγχο της θερμικής κατάστασης με ένα τέτοιοσκεύος – αντιθέτως δεν είχε την εμπειρία για να ε-λέγξει ένα αντίστοιχο το οποίο θα ήταν πλήρωςμονωμένο.

Αλλά υπάρχουν και άλλα, “υλικά” χαρακτηρι-στικά του ζυθοποιείου του Μάντσεστερ που επέ-τρεψαν στον Τζουλ να πραγματοποιήσει το πεί-ραμα του με επιτυχία. Χρειαζόταν ένα δωμάτιο μετεράστια θερμοχωρητικότητα -αλλιώς η θερμό-τητα που παράγεται από το ανθρώπινο σώμα στηνανύψωση των βαρών θα επηρέαζε την θερμοκρα-σία του δωματίου και έτσι το πειραματικό αποτέ-λεσμα θα είχε αλλοιωθεί σημαντικά. Ένα τέτοιοδωμάτιο υπάρχει σε κάθε ζυθοποιείο: Είναι το κε-λάρι στο οποίο αποθηκεύεται η μπύρα. Αυτό έχειτεράστια θερμοχωρητικότητα και για αυτό μία

5 Επίσης ο Τζουλ δεν ανέφερε το άτομο το οποίο εκτελούσετο χειρωνακτικό έργο στα πειράματα τα οποία διεξήγαγε αμέ-σως μετά και τα οποία οδήγησαν στην ανακάλυψη του φαινο-μένου Τζουλ – Τόμσον (δες Sichau, 2000).

σχεδόν ομοιόμορφη θερμοκρασία. Συνεπώς ήτανένας χώρος με τις φυσικές ιδιότητες που ήταν ανα-γκαίες για την παραγωγή αξιόπιστων δεδομένων.Από την άλλη πλευρά, ο Τζουλ χρειαζόταν ένανχώρο σαν αυτόν της ζυθοποιίας για να κάνει τοέργο της ανύψωσης των βαρών. Αυτό απαιτεί ορι-σμένες δεξιότητες από τον πειραματιστή, όπως ναείναι δυνατός, γρήγορος και έχοντας έλεγχο τωνκινήσεών του να κάνει αυτή τη δουλειά. Ο Τζουλδεν ήταν σε φυσική κατάσταση να κάνει αυτό τοέργο, άλλωστε ήταν ένας διακεκριμένος πολίτηςκαι αυτή η εργασία δεν ανταποκρινόταν στην κοι-νωνική του θέση.5

Ξεκινώντας την έρευνα σχετικά με τις ανανεώσι-μες πηγές ενέργειας

Στα μέσα του δέκατου ένατου αιώνα, η εκβιο-μηχάνιση προχωρούσε με μεγάλη ταχύτητα. Μίααπό τις παρενέργειες ήταν η ανάγκη να έχουνκαύσιμα για τις ατμομηχανές οι οποίες αποτελού-σαν την κεντρική πηγή ενέργειας στα εργοστάσια.Στη Γαλλία η ανάγκη αυτή άρχισε να δημιουργείμείζον πρόβλημα καθώς τα κοιτάσματα άνθρακατης χώρας αποδείχθηκε ότι ήταν περιορισμένα·στην ουσία σχεδόν εξαντλημένα. Αυτό ήταν α-κόμη ένα πρόβλημα, καθώς οι δυνητικές εισαγω-γές θα μπορούσαν να προέλθουν μόνο από τηνΑγγλία - τον παραδοσιακό (οικονομικό) αντίπαλοτης Γαλλίας. Κατά συνέπεια, η γαλλική κυβέρνησηυποσχέθηκε οικονομική στήριξη σε κάθε ερευνητήπου θα πρότεινε βιώσιμες λύσεις για τον τερματι-σμό της εξάρτηση της Γαλλίας από τον αγγλικόάνθρακα.

Αυτή ήταν η στιγμή που ο Γάλλος καθηγητήςδευτεροβάθμιας εκπαίδευσης Ωγκουστίν Μουσώ(Augustin Mouchot) εισήλθε στο προσκήνιο. ΟΜουσώ πραγματοποίησε έναν συνδυασμό δύο συ-σκευών που ήταν γνωστός στο παρελθόν: Έναμαυρισμένο κοίλο κύλινδρο που περιέχει νερό -μια παρόμοια συσκευή είχε χρησιμοποιηθεί πριναπό το τέλος του δέκατου όγδοου αιώνα από τονΟράς Μπενεντίκτ ντε Σωσύρ (Horace Benedict deSaussure) για την πραγματοποίηση πειραμάτων


πάνω στη θερμική ακτινοβολία. Αυτό συνδυά-στηκε με ένα κοίλο κάτοπτρο, το οποίο χρησιμο-ποιήθηκε για να εστιάσει την ηλιακή ακτινοβολίαπάνω στον κύλινδρο. Ήδη από το 1861 , Μουσώήταν σε θέση να παράγει ατμό με τη συσκευή του.Τα επόμενα χρόνια, σκόπευε να βελτιώσει τη μη-χανή για να γίνει πιο χρήσιμη για τεχνικούς σκο-πούς. Οι προσπάθειες του ενισχύθηκαν οικονο-μικά από τη γαλλική κυβέρνηση.

Δύο ήταν τα άμεσα αποτελέσματα: Αφενός, οΜουσώ ήταν σε θέση να αναπτύξει ηλιακά συστή-ματα μαγειρέματος, τα οποία χρησιμοποιήθηκαν ι-διαίτερα από το γαλλικό στρατό στις βόρειες α-φρικανικές αποικίες τους. Οι συσκευές αυτές επέ-τρεπαν στους στρατιώτες να προετοιμάσουν ζε-στά γεύματα χωρίς να παράγεται καπνός, μια λε-πτομέρεια σημαντική από τη στρατιωτική οπτικήγωνία. Οι κουζίνες χρησιμοποιήθηκαν μέχρι τον20ο αιώνα.

Το άλλο αποτέλεσμα των προσπαθειών τουΜουσώ ήταν μια ατμομηχανή που λειτουργούσεμε ατμό που παράγεται από την ηλιακή συσκευήτου. Ο Μουσώ επινόησε πολλές μηχανές, η μεγα-λύτερη των οποίων παρουσιάστηκε στην παγκό-σμια έκθεση του Παρισιού το 1878. Ο κωνικός κα-θρέφτης είχε διάμετρο περίπου πέντε μέτρα και οκινητήρας θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως μη-χανή εκτύπωσης, ενώ ήταν επίσης σε θέση να πα-ράγει και πάγο.

Στον Μουσώ απονεμήθηκε το χρυσό μετάλλιογια αυτό το μηχάνημα. Ωστόσο, τα πράγματα άλ-

λαξαν και πάλι. Ένα σημαντικό πρόβλημα της μη-χανής του Μουσώ ήταν το κάτοπτρο, το οποίο ή-ταν επικαλυμμένο μ’ ένα στρώμα αργύρου. Αυτόέτεινε να οξειδώνεται, μειώνοντας έτσι την από-δοση της μηχανής ενώ παράλληλα καθιστούσε α-παραίτητο το συνεχή καθαρισμό κατόπτρου. Ω-στόσο , μια άλλη εξέλιξη αποδείχθηκε ακόμη πιοπροβληματική για τον Μουσώ: Ανακαλύφθηκαννέα κοιτάσματα άνθρακα στην ανατολική Γαλλίακαι ως εκ τούτου, η ανάγκη για την εξεύρεση μιαςεναλλακτικής πηγής ενέργειας για τον κινητήραατμού δεν υπήρχε πια. Επιπλέον μια έκθεση ειδι-κών εμπειρογνομώνων της γαλλικής κυβέρνησηςέκρινεη μηχανή του Μουσώ οικονομικά ασύμ-φορη, με αποτέλεσμα η γαλλική κυβέρνηση νασταμάτησει να υποστηρίζει την έρευνα του οικο-νομικά. Αυτό έφερε το έργο του στο τέλος του.

ΒιβλιογραφίαAshworth JR (1930): Joule's Thermometers in the Possession

of the Manchester Literary and Philosophical Society (Jour-nal of Scientific Instruments Vol 7, No. 11, London) pp 361- 363.

Ashworth JR (1931): A List of Apparatus now in Manchesterwhich belonged to Dr. J.P. Joule, F.R.S., with Remarks onhis M.S.S., Letters, and Autobiography. In: ManchesterMemoirs Vol 75, No 8, 105.

Beretta M. H. (2005). Lavoisier in Perspective. München,Deutsches Museum.

Breger H (1982). Die Natur als arbeitende Maschine.

Brown SC (1979): Benjamin Thomson, Count Rumford (MITPress, Cambridge, Mass., London).

Goldfarb SG (1977) Rumford's Theory of Heat: A Reassess-ment. In: British Journal for the History of Science Band10:S. 25 - 36.

Heering P (1992) On J.P. Joule's Determination of the Me-chanical Equivalent of Heat. In: Hills, Skip (Ed.): The His-tory and Philosophy of Science in Science Education Vol.1,Kingston, Ontario), pp 495-505.

Herschel, W. (1800). Experiments on the Refrangibility of theinvisible Rays of the Sun. Philosophical Transactions of theRoyal Society 90, 284-292.

Joule JP (1850): On the Mechanical Equivalent of Heat. Philo-sophical Transactions of the Royal Society of London 140,61-82. Reprinted in Joule JP (1884): The Scientific Papers.

Joule, JP (1872). Das mechanische Wärmeäquivalent. Braun-schweig, Vieweg.

Kuhn, TS (1959): Energy conservation as an example of sim-ultaneous discovery. In: M. Clagett (ed.): Critical Problems

Εικ. 10: Η συσκευή του Μουσώ η οποία παρουσιάστηκεστη διεθνή έκθεση του Παρισιού http://upload.wiki-media.org/wikipedia/commons/6/66/Mouchot1878x.jpg


in the History of Science. University of Wisconsin Press,Madison, 321 - 356.

Leslie, J. (1804): An experimental inquiry into the nature andpropagation of heat. London, Printed for J. Mawman.

Mouchot, Augustin (1869), La chaleur solaire et ses applica-tions industrielles. Paris.

Olson RG (1970) Count Rumford, Sir John Leslie, and theStudy of the Nature and Propagation of Heat at the Begin-ning of the Nineteenth Century. In: Annals of Science Band26: 273 - 304.

Roberts L. (1991). A Word and the World: The Significanceof Naming the Calorimeter. ISIS 82: 198 - 222.

Schiffer MB (2008): Power struggles: scientific authority andthe creation of practical electricity before Edison. Cam-bridge, Mass., The MIT Press.

Sibum HO (1995): Reworking the Mechanical Value of Heat:Instruments of Precision and Gestures of Accuracy in EarlyVictorian England. Studies in the History and Philosophyof Science 26, 73 - 106.

Sichau C (2000): Die Joule-Thomson-Experimente: An-merkungen zur Materialität eines Experiments. In: NTM8:223-243.

Smith C & Wise MN (1989): Energy and Empire: ¬A bio-graphical study of Lord Kelvin (Cambridge University

Press, Cambridge - New York - Port Chester - Melbourne –Sydney

Thompson, B (1781): New Experiments upon Gun-Powder,with Occasional Observations and Practical Inferences; ToWhich are Added, an Account of a New Method of Deter-mining the Velocities of All Kinds of Military Projectiles,and the Description of a Very Accurate Eprouvette forGun-Powder. In: Philosophical Transactions of the RoyalSociety of London 71, 229-328

Thompson, B. (1798). "An Inquiry concerning the Source ofthe Heat. Which is Excited by Friction. PhilosophicalTransactions of the Royal Society of London 88: 80-102.

Thompson, B (1804): An Enquiry concerning the Nature ofHeat, and the Mode of Its Communication. In: PhilosophicalTransactions of the Royal Society of London 94, 77-182.

Κείμενο: Peter HeeringΜετάφραση στα ελληνικά: Σπύρος Κόκκοτας

Το ιστορικό Υπόβαθρο-Αναδρομή: Ενέργεια γράφηκε απότον Peter Heering με την υποστήριξη της Ευρωπαϊκής Επι-τροπής (έργο: 518094-LLP-1-2011-1-GR-COMENIUS-CMP)και του Πανεπιστημίου του Φλένσμπουργκ της Γερμανίας. Ηδημοσίευση αυτή αντανακλά τις απόψεις του συγγραφέα καιμόνον και η Επιτροπή δεν μπορεί να θεωρηθεί υπεύθυνη γιαοποιαδήποτε χρήση των πληροφοριών που αυτή περιέχει.

Ιστορικό...

Documents