Фригория: что это такое?

По сути, это первая единица, предложенная для измерения холодопроизводительности. Как написано в словаре Ушакова, фригория – это единица холода, по величине равная одной килокалории, но противоположная ей по знаку. Слово произошло от латинского frigus (frigoris), что означает холод или стужа.

«Фригория – устаревшая внесистемная единица так называемого количества холода. В холодильной технике этот термин применяли как единицу количества отводимой теплоты, равную отрицательной килокалории. Фригория сначала была заменена килокалорией, ныне не подлежащей применению, а с 1980 года единицей количества теплоты в системе СИ – джоулем. Одна фригория равна 4,186 кДж»,

– говорится в Большом энциклопедическом политехническом словаре.

В технической литературе мы можем встретить упоминание о фригории в учебнике по холодильной технике Польманн.

«Многие единицы, такие, как фригория (прежняя единица количества уносимой теплоты или количества производимого холода) или метр водяного столба (прежняя единица потери напора), еще иногда применяются в технической литературе, имеющей отношение к холодильной промышленности, хотя их использование больше не допускается»,

– отмечают авторы учебника.

В книге также приведена таблица, в которой указано, что фригория (фг) запрещена с 31.12.1977 года.

Польманн: Понятие о количестве тепла и холода

Пусть сосуд с водой, имеющей температуру окружающего воздуха, помещен на пламя газовой горелки. Наблюдение за термометром показывает, что температура жидкости возрастает. Этот экспериментальный факт объясняют тем, что вода получает некоторое количество тепла от пламени и это тепло является причиной возрастания температуры.

Если теперь поместить сосуд с теплой водой в холодильник, наблюдение за термометром позволит утверждать, что температура воды начнет уменьшаться более или менее быстро. В этом случае уже вода отдает некоторое количество тепла воздуху, находящемуся в холодильнике, и именно потеря тепла является причиной понижения температуры воды.

Мы только что сказали, что вода в сосуде, помещенном в холодильник, отдала воздуху некоторое количество тепла. Однако, можно точно так же сказать, что вода в сосуде получила некоторое количество холода, конечно, равное отданному количеству тепла. В этом случае употребляют разные формулировки, подчеркивая, что существует тождественное равенство между отданным количеством тепла и приобретенным количеством холода. Если допустить использование старых единиц количества тепла и количества холода – килокалории и фригории, можно было бы говорить, что сосуд, помещенный в холодильник, отдал х килокалорий воздуху или получил х фригорий. Таким образом, фригория может рассматриваться как отрицательная килокалория.

В настоящее время официальной единицей количества тепла (отданного или полученного) и, следовательно, единицей количества холода (отданного или полученного) является джоуль (Дж).

Джоуль – также единица работы, причем один джоуль равен работе, произведенной силой в один ньютон, если точка приложения силы при этом перемещается на один метр. Отсюда можно заключить, что количество тепла и работа являются эквивалентными величинами, что и было доказано Джоулем в 1846 г. в его исторических опытах с калориметром, в котором температура повышалась в результате вращения пластинчатой мешалки, приводимой в движение двумя грузами, опускающимися под действием своего веса (рис 1).

Рис. 1. Схематическое отображение эксперимента Джоуля по установлению эквивалентности тепла и работы

Что касается понятия энергии, то оно также непосредственно связано с работой, поскольку говорят, что тело (или система) обладает энергией, если при определенных условиях оно может произвести работу. Количество тепла (и, значит, холода), работа и энергия являются, следовательно, тремя эквивалентными величинами, измеряемыми в джоулях.

Ледяной калориметр: как измеряли количества тепла на заре науки

Раньше любой школьник знал, что такое калория: количество тепла, которое необходимо, чтобы нагреть один грамм воды на один градус. Термин «калория» (от латинского calor — тепло) ввел в научный оборот французский химик Николя Клеман-Дезорм (1779–1842). Его определение калории как единицы измерения тепла было впервые опубликовано в 1824 году в журнале «Le Producteur», а во французских словарях оно появилось в 1842 году. Однако задолго до появления этого термина были сконструированы первые калориметры — приборы для измерения теплоты. Первый калориметр изобрел английский химик Джозеф Блэк и в 1759–1763 годах с его помощью определил теплоемкости разных веществ, скрытую теплоту плавления льда и испарения воды.

Изобретением Блэка воспользовались знаменитые французские ученые Антуан Лоран Лавуазье (1743–1794) и Пьер Симон Лаплас (1749–1827). В 1780 году они начали серию калориметрических экспериментов, которые позволили измерить тепловую энергию. Это понятие встречается еще в XVIII веке в трудах шведского физика Иоганна Карла Вильке (1732–1796), который занимался исследованием электрических, магнитных и тепловых явлений и задумывался об эквивалентах, в которых можно измерять тепловую энергию.

Устройство, которое впоследствии начали называть калориметром, Лавуазье и Лаплас использовали, чтобы измерять количество теплоты, выделяющееся в различных физических, химических и биологических процессах. Тогда еще не было точных термометров, поэтому для измерения теплоты приходилось идти на ухищрения.

Первый калориметр был ледяным (рис.2). Внутренняя полая камера, куда помещали объект, излучающий тепло (например, мышку), была окружена рубашкой, заполненной льдом или снегом. А ледяная рубашка, в свою очередь, была окружена воздушной, чтобы лед не плавился под действием внешнего нагрева. Тепло от объекта внутри калориметра нагревало и плавило лед. Взвешивая талую воду, стекавшую из рубашки в специальный сосуд, исследователи определяли теплоту, выделенную объектом. 

Рис. 2. Ледяной калориметр Лавуазье

Простенький, казалось бы, прибор позволил Лавуазье и Лапласу измерить теплоту многих химических реакций: сгорания угля, водорода, фосфора, черного пороха. Этими работами они заложили основы термохимии и сформулировали ее основной принцип: «Всякие тепловые изменения, которые испытывает какая-нибудь материальная система, переменяя свое состояние, происходят в порядке обратном, когда система вновь возвращается в свое первоначальное состояние». Иными словами, чтобы разложить воду на водород и кислород, надо затратить столько же энергии, сколько выделяется при реакции водорода с кислородом с образованием воды.

Но это уже совсем другая история …