Domanda:
Storia antica del concetto di fase nelle scienze fisiche
Semiclassical
2014-10-29 19:16:47 UTC
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Una delle prime distinzioni riscontrate nell'educazione scientifica è che le sostanze possono assumere diversi stati della materia: ad esempio, l'acqua può essere trovata come un liquido, come un solido (ghiaccio) o come un gas (vapore acqueo).

Questo concetto diventa gradualmente sempre più sofisticato: lo stato riflette le variabili macroscopiche del problema (es. pressione, temperatura), diverse sostanze hanno diversi diagrammi di fase, diverse fasi possono coesistere in determinate condizioni, ecc. non sorprende che il concetto di fase sia centrale per la scienza moderna e in particolare per i nostri tentativi di scoprire / creare / comprendere nuove forme di materia. (La maggior parte delle discussioni sulla superconduttività ad alta temperatura, ad esempio, ruota attorno al tentativo di ottenere una comprensione teorica dei diagrammi di fase osservati di vari materiali.)

Ai fini di questa domanda, ciò che mi interessa specificamente in è la storia iniziale del concetto di fase e quali riferimenti sono disponibili sull'argomento. Ad esempio, all'incirca quando gli esseri umani hanno riconosciuto che l'acqua liquida, il ghiaccio solido e il vapore acqueo potevano essere intesi come stati diversi della stessa sostanza?

L'intera storia intellettuale mi sembra troppo ampia, credo che si potrebbe scrivere un libro su questo. Ci sarà un salto particolarmente ampio dalle fasi usuali (solido, liquido, gas) a stati più esotici (ad esempio, fase conduttiva / isolante nella fisica della materia condensata). Potresti forse concentrarti su qualche aspetto particolare dell'intera cosa?
@OndřejČernotík: Stavo tentando di farlo con l'ultima frase (in effetti, quella domanda di separazione era ciò che mi ha fatto riflettere su questo). Ma posso concentrarmi di più.
@OndřejČernotík: Ho modificato un po 'l'ultimo paragrafo e il titolo per concentrare la domanda sulla storia antica. Fammi sapere se è ancora troppo ampio.
È solo la mia opinione. Aspettiamo e vediamo cosa pensano gli altri. Sicuramente preferirei una formulazione attuale a quella originale.
Una risposta:
#1
+7
Felix
2014-10-29 23:44:13 UTC
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Presumibilmente il riconoscimento che acqua, ghiaccio e vapore sono stati diversi della stessa sostanza risale alla preistoria: ad es. bollire l'acqua sul fuoco o osservare lo scioglimento del ghiaccio.

La storia antica del diagramma di fase in fisica è collegata a Gibbs, Maxwell e van der Waals: l'equazione di van der Waals (1873) implica che sono fasi liquide e gassose coesistenti al di sotto della temperatura critica nei gas reali. Van der Waals ha ricevuto il Premio Nobel per la fisica nel 1910 per questo lavoro.

Maxwell, basandosi sul lavoro di Gibbs, ha costruito un grafico tridimensionale delle variabili volume, entropia e energia per una data pressione e temperatura (1874). Non ha costruito esattamente un diagramma di fase dell'acqua ma "... ha modellato una sostanza fittizia, in cui il volume è maggiore quando è solida rispetto a quando è liquida; e in cui, come nell'acqua, il vapore saturo si surriscalda per compressione."

Mi chiedo un po 'di quel primo paragrafo. Certamente osservazioni come "se il ghiaccio è esposto al calore, allora vedrò l'acqua" devono risalire abbastanza indietro. Ma li riconoscevano ancora la stessa _sostanza_? Sembra un ostacolo concettuale maggiore.
@Semiclassical Sono d'accordo che la "sostanza" nel senso di una composizione chimica ben definita sia piuttosto recente. Forse "materia" è il termine migliore. L'identificazione dell'acqua con "due parti di idrogeno, una parte di ossigeno" risale al 1805 da parte di J.L. Gay-Lussac e A. von Humboldt.
È quella prima oscurità concettuale che mi interessa, però. Mi chiedo anche quali siano gli esperimenti utilizzati per confermarlo; per esempio, facendo evaporare una pentola d'acqua, catturando il vapore e guardandolo condensarsi di nuovo in liquido. Allo stesso modo con il ghiaccio: quando hanno visto un lago congelarsi e alla fine sciogliersi, si è reso conto che il ghiaccio era solo una forma diversa dell'acqua? Anche se quella storia sembra difficile da definire ...
@Semiclassical Posso rispondere alla prima parte della tua domanda: l'acqua distillata è nota almeno da quando Alessandro d'Afrodisia descrisse il processo di distillazione, intorno al 200 d.C. http://en.wikipedia.org/wiki/Distillation
Ah, grazie. Immagino che quel tipo di record "tecnologico" sia più pertinente a questa domanda rispetto alle prove "sperimentali". Ad esempio, penso che la pratica della metallurgia e della forgiatura (con la sua fusione e raffreddamento di materia solida) probabilmente avrebbe dato qualche impressione, per quanto confusa, sulla distinzione tra stato e sostanza.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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