الإشكالية الفلسفية والتجريبية العلمية التي لم يستطع العُلماء السابقون حَلَّها، تَنبَّه إليها جوزيف بلاك؛ فقد أدرك بشكل دقيق وجود فرق بين مفهومي «درجة الحرارة» و«كمية الحرارة»؛ ولذلك فقد استحدث مصطلحات: الحَرَارة النوعية والسعة الحرارية وحرارة الانصهار والحرارة الكامنة. وكانت كلُّ بحوثه تتّسق مع النظرية المادية للحرارة التي تقبلها المجتمع العلمي بشكل عام.⁶⁰

بعيدًا عن هذه الأفكار المشوّقة فإنَّ الخُطوة الهِمَّة التي قام بها جوزيف بلاك عندما ذوب الجليد بتسخينه بلطف، ولاحظ أنَّ درجة الحرارة لم تتغير، فقد وصل من ذلك إلى التمييز بين كمية الحرارة وكثافتها؛ حيث إنَّ الثانية منهما تُقاس بوحدات درجة الحرارة؛ أما الأولى – التي تمتصُّ بواسطة الجليد في عملية الذوبان – فهي التي دعاها بالحرارة الكامنة، وهو المصطلح الذي بقي حتى هذا اليوم. وبذلك فإنَّ الحرارة الكامنة تُفسّر لنا حالة تحول المادة من صُلب إلى سائل أو بخار أو العكس. وقد عَلَّقَ على ذلك بلاك قائلا: «إنَّ تخميناتي يمكن أن تكون كما يأتي: لقد تصورت أن الحرارة، في أثناء الغليان، يمتصها الماء فتدخُل في تركيب البخار الذي يتحوّل إليه، وبالطريقة التي يمتصها بها الجليد في الذوبان فتدخُل في تركيب الماء الذي يتحول إليه.» ⁶² والواضح من كلامه أنه لم يعرف كيف تدخل الحرارة في تركيب المادة، وهو ما فسرته فيما بعد النظرية الحركية للغازات.

بدأ بلاك بدراسة الظاهرة المَعْرُوفة، وهي أنَّ الثلج عندما يذوب يبقى عند درجة الحرارة نفسها، بينما المادة الصُّلبة تتحوّل إلى سائل. وقد طَبَّق بلاك هنا منهجه الحذر والكمي، وأجرى قياسات أوضحت أنَّ الحرارة اللازمة لإذابة كمية من الثلج وتحويله إلى ماء هي كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة كمية الماء نفسها من درجة الذوبان إلى الدرجة 140 فهرنهايت (أو 60 مئوية). وقد وصف الحرارة التي امتصها الجسم الصلب في حال ذوبانه وتحوله إلى سائل عند درجة الحرارة نفسها بأنها حرارة كامنة، وأدرك أنَّ وجود هذه الحرارة هو الذي جعل الماء سائلا وليس صلبًا. وقرر أنه توجد حرارة كامنة مقترنة بانتقال الماء السائل إلى بخار (أو أي سائل آخر عند تحوله إلى حالته البخارية)، وبحثَ بلاك هذه الظاهرة كميًّا أيضًا. وأطلق مصطلح «الحرارة النوعية» على كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة كميَّةٍ مُعينة من مادة نختارها بقدرٍ محدد (أي بحسب تعبيراتنا الحالية، فإنَّ هذا هو كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة 1 غرام من مادة ما إلى 1 درجة مئوية). وصف بلاك جميع هذه الاكتشافات أمام نادي الجامعة الفلسفي في 23 أبريل/ نيسان من عام 1762م، ولكنه لم ينشرها مكتوبة. كما قام بلاك بإجراء تجارب على البخار، ساعده فيها شاب متخصص في صنع الأدوات والأجهزة في الجامعة، اسمه جيمس واط
J. Watt، أصبحت بينهما علاقة وثيقة جدًّا انتهت بنجاح الاثنين في صناعة المحرك البخاري.⁶³

____________________________________

هوامش

60- فوربس، ر. ج.، وديكستر، إ. ج.، تاريخ العلم والتكنولوجيا، ج2، ص 45.

61- Muller, Ingo, A History of Thermodynamics, p. 10.

62- ويلسون ميتشل الطاقة، ص 33.

63- جريبين جون، تاريخ العلم (1543 – 2001م)، ج 1، ص310-309.

64- Grand Encyclopedia SCIENTISTS, Published by Macaw Books, India, 2013. p. 10.

مواضيع ذات صلة

الاهتمامات البيئية العالمية "فيزياء الطاقة المستدامة: استجابة علمية للاهتمامات البيئية العالمية"

سلوك الغازات وخصائصها العامة

الديناميكا الحرارية الجزيئية

توزيع بولتزمان

العلاقات بين الخواص

القانون الثالث للديناميكا الحرارية

الطاقة الحرة

القانون الثاني للديناميكا الحرارية

القانون الأول للديناميكا الحرارية

Order and entropy

Irreversibility

The Clausius-Clapeyron equation