Frage:
Frühgeschichte des Phasenkonzepts in den Naturwissenschaften
Semiclassical
2014-10-29 19:16:47 UTC
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Eine der ersten Unterscheidungen im naturwissenschaftlichen Unterricht besteht darin, dass Substanzen unterschiedliche Materiezustände annehmen können: Wasser kann beispielsweise als Flüssigkeit, als Feststoff (Eis) oder als Gas (Wasserdampf) gefunden werden.

Dieses Konzept wird allmählich immer ausgefeilter: Der Zustand spiegelt die makroskopischen Variablen des Problems wider (z. B. Druck, Temperatur), verschiedene Substanzen haben unterschiedliche Phasendiagramme, verschiedene Phasen können unter bestimmten Bedingungen koexistieren usw. Es ist also so Kein Wunder, dass das Phasenkonzept für die moderne Wissenschaft und insbesondere für unsere Versuche, neuartige Formen der Materie zu entdecken, zu erschaffen und zu verstehen, von zentraler Bedeutung ist. (Die meisten Diskussionen über Hochtemperatursupraleitung drehen sich beispielsweise um den Versuch, ein theoretisches Verständnis der beobachteten Phasendiagramme verschiedener Materialien zu erhalten.)

Was mich für diese Frage besonders interessiert In ist die frühe Geschichte des Phasenkonzepts und welche Referenzen zu diesem Thema verfügbar sind. Zum Beispiel, wann haben die Menschen ungefähr erkannt, dass flüssiges Wasser, festes Eis und Wasserdampf als unterschiedliche Zustände derselben Substanz verstanden werden können?

Die ganze Geistesgeschichte scheint mir zu weit gefasst, ich glaube, man könnte ein Buch darüber schreiben. Es wird einen besonders großen Sprung von den üblichen Phasen (fest, flüssig, gasförmig) zu exotischeren Zuständen (z. B. leitende / isolierende Phase in der Physik der kondensierten Materie) geben. Könnten Sie sich vielleicht auf einen bestimmten Aspekt des Ganzen konzentrieren?
@OndřejČernotík: Ich habe versucht, dies mit dem letzten Satz zu tun (tatsächlich hat mich diese Abschiedsfrage dazu gebracht, darüber nachzudenken). Aber ich kann mich mehr darauf konzentrieren.
@OndřejČernotík: Ich habe den letzten Absatz und den Titel ein wenig bearbeitet, um die Frage auf die frühe Geschichte zu konzentrieren. Lassen Sie mich wissen, wenn es noch zu breit ist.
Es ist nur meine Meinung. Lassen Sie uns abwarten, was andere denken. Ich würde sicherlich den aktuellen Wortlaut dem Original vorziehen.
Einer antworten:
#1
+7
Felix
2014-10-29 23:44:13 UTC
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Vermutlich geht die Erkenntnis, dass Wasser, Eis und Dampf unterschiedliche Zustände derselben Substanz sind, auf prähistorische Zeiten zurück: z. Wasser über einem Feuer kochen oder das Schmelzen von Eis beobachten.

Die frühe Geschichte des Phasendiagramms in der Physik ist mit Gibbs, Maxwell und van der Waals verbunden: Die Van-der-Waals-Gleichung (1873) impliziert dies koexistieren flüssige und gasförmige Phasen unterhalb der kritischen Temperatur in realen Gasen. Van der Waals erhielt für diese Arbeit 1910 den Nobelpreis für Physik.

Maxwell erstellte auf der Grundlage der Arbeit von Gibbs eine dreidimensionale Darstellung der Variablen Volumen, Entropie und Energie für einen bestimmten Druck und eine bestimmte Temperatur (1874). Er konstruierte nicht genau ein Phasendiagramm von Wasser, sondern "... modellierte eine fiktive Substanz, bei der das Volumen im festen Zustand größer ist als im flüssigen; und bei der wie im Wasser der gesättigte Dampf durch Kompression überhitzt wird." P. >

Ich wundere mich ein bisschen über diesen ersten Absatz. Sicherlich müssen Beobachtungen wie "Wenn Eis Wärme ausgesetzt ist, dann sehe ich Wasser" ziemlich weit zurückreichen. Aber erkannten sie sie noch als die gleiche Substanz? Das scheint eine größere konzeptionelle Hürde zu sein.
@Semiclassical Ich stimme zu, dass "Substanz" im Sinne einer genau definierten chemischen Zusammensetzung relativ neu ist. Vielleicht ist "Materie" der bessere Begriff. Die Identifizierung von Wasser mit "zwei Teilen Wasserstoff, ein Teil Sauerstoff" stammt aus dem Jahr 1805 von J. L. Gay-Lussac und A. von Humboldt.
Es ist jedoch diese frühe konzeptuelle Dunkelheit, die mich interessiert. Ich wundere mich auch über die Experimente, mit denen dies bestätigt wurde. Zum Beispiel einen Topf Wasser verdampfen, den Dampf auffangen und beobachten, wie er wieder zu Flüssigkeit kondensiert. Ähnliches gilt für Eis: Als sie sahen, dass ein See zugefroren war und schließlich auftaute, wurde erkannt, dass das Eis nur eine andere Form des Wassers war? Obwohl diese Geschichte schwer zu fassen scheint ...
@Semiclassical Ich kann den ersten Teil Ihrer Frage beantworten: Destilliertes Wasser ist bekannt, zumindest seit Alexander von Aphrodisias den Destillationsprozess um 200 n. Chr. Beschrieben hat. http://en.wikipedia.org/wiki/Destillation
Ah danke. Ich stelle mir vor, dass diese "technologischen" Aufzeichnungen für diese Frage relevanter sind als "experimentelle" Beweise. Ich denke zum Beispiel, dass die Praxis der Metallurgie und des Schmiedens (mit dem Schmelzen und Abkühlen von Feststoffen) wahrscheinlich einen Eindruck von der Unterscheidung zwischen Zustand und Substanz erweckt hätte, auch wenn dies verwirrt war.


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