Szegedi Péter Tudománytörténet és Tudományfilozófia Tanszék 6.59-es szoba 372-2900 vagy 6670-es m. pszegedi@elte.hu és hps.elte.hu.

Az előadások a következő témára: "Szegedi Péter Tudománytörténet és Tudományfilozófia Tanszék 6.59-es szoba 372-2900 vagy 6670-es m. pszegedi@elte.hu és hps.elte.hu."— Előadás másolata:

1 Szegedi Péter Tudománytörténet és Tudományfilozófia Tanszék 6.59-es szoba vagy 6670-es m. és hps.elte.hu

2 Tematika: 1. A klasszikus mechanika: A mechanika paradigmává válása. A mechanika fejlődése és elvei. 2-5. A klasszikus mechanikai világkép felbomlása: Az elektromos és mágneses jelenségek tudományának fejlődése a Maxwell-egyenletekig. A hőtan fejlődése az energiamegmaradás törvényének felfedezéséig. Az újkori atomelmélet.

3 6-11. A kvantumelmélet kifejlődése: Előzmények (hőmérsékleti sugárzás, entrópia, klasszikus statisztikus fizika, fajhő, fotoelektromos és Compton-effektus stb.). A mátrix- és hullámmechanika kifejlesztése és értelmezése (Bohr, Heisenberg, de Broglie, Schrödinger). Következmények (a magfizika, részecskefizika, szilárdtestfizika stb. e századi elméleti és gyakorlati fejlődése). A relativitáselmélet és a kozmológia a XX. században (a tér-idő és univerzum fogalmak átalakulása).

4 A mechanika fejlődése a XVIII. századtól a XIX. század közepéig
1. A matematikai módszerek átalakulása 2. Résztudományok kialakulása 3. A mechanika „elvei”

5 1. A matematikai módszerek átalakulása
Geometria  algebra, analízis (Descartes, Newton) Leonhard Euler ( ) Introductio in analysin infinitorum (1748) Institutiones calculi differentialis (1755) Institutiones calculi integralis ( )

6 Jean Le Rond d'Alembert (1717-1783)
lineáris differenciálegyenletek elmélete Lettres à une princesse d'Allemagne ( ) mechanika, optika, akusztika, fizikai csillagászat Jean Le Rond d'Alembert ( ) Traité de dynamique (1743) Traité de l'équilibre et du mouvement des fluides (1744) Réflexions sur la cause générale des vents (1747) Recherches sur les cordes vibrantes (1747)

7 „analitikus” = „mechanikus”
Recherches sur la précession des équinoxes et sur la nutation de l'axe de la terre (1749) Encyclopédie (1751) Essai d'une nouvelle théorie de la résistance des fluides (1752) Recherches sur différents points importants du système du monde ( ) „analitikus” = „mechanikus” az ész hatékonysága a fizikai probléma redukálása matematikai feladattá

8 2. Résztudományok kialakulása
Hidrodinamika Daniel Bernoulli ( ) Exercitationes quaedam Mathematicae ( ) Hydrodynamica (1738)

9 Égi mechanika Pierre-Simon, marquis de Laplace (1749–1827)
Exposition du systéme du monde (1796) a Naprendszer stabilitása, kialakulása Traité de mécanique céleste ( )

10 3. A mechanika „elvei” D’Alembert-elv: F = ma  F – ma = 0
Pierre de Fermat (1601–1665) a legkisebb idő elve (1660)

11 A legkisebb hatás elve Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716)
Pierre-Louis Moreau de Maupertuis (1698–1759) Essai de cosmologie (1750) “a világegyetemben lévő összes változásban ha felösszegezzük a testek tömegének, a megtett útnak és a sebességnek a szorzatát, akkor az a lehető legkevesebb lesz”

12 Joseph-Louis Lagrange (1736–1813)
Mécanique analytique (1788) L = T – V William Rowan Hamilton (1805–1865) H = T + V

13 Az elektromos és mágneses jelenségek tudományának fejlődése a Maxwell-egyenletekig
Elektromos és mágneses alapjelenségek kínaiak (i. e. XXVI. sz. ?) mágnes az irányok megállapítására görögök (i. e. 800) magnetit (Magnézia - Thesszália) borostyán (elektron) XII. sz. Kína és a Mediterránum: iránytű

14 Petrus Peregrinus [Pierre de Maricourt] (1269, 1558)
Epistola Petri Peregrini de Maricourt ad Sygerum de Foucaucourt, militem, de magnete gömb (Föld) alakú mágnes pólusai mágnesezés mágnesek alkalmazásai (pl. iránytű)

15

16 William Gilbert (vagy Gylberd[e] 1544-1603)
De Magnete, Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure (1600) 600 mágneses (és dörzselektromos) kísérlet elektromos vonzás, erő fogalma a Föld mint mágnes (iránytű magyarázata) az elektromosság és mágnesesség különbsége: a közeg szerepe folyadék-modell (humor), mint mechanikai kép

17 Az elektromos jelenségek stabil létrehozása
Otto von Guericke ( ) – Francis Hau(w)ksbee (1670?-1713) • folyadékmodell (fluvium)

18 Az elektromosság vizsgálata
Stephen Gray ( ) „Ennek megfelelően július 2-án délelőtt tízkor elvégeztünk egy kísérletet. Körülbelül négy lábra a galéria végétől volt egy zsinór keresztben, amelynek a végeit a galéria két oldalán szögekkel rögzítettük; a zsinór középső része selyem volt, a többi a két végén spárga. A 80½ láb hosszú vezetéket, amelyre az elefántcsont golyót függesztettük, és amely az elektromosságot a csőből hozzávezette, ráfektettük a keresztben lévő selyemzsinórra, úgyhogy a golyó körülbelül 9 lábnyira alatta függött. A vezeték másik végét egy hurokkal felfüggesztettük az üvegrúdra, a rézlemezt pedig a golyó alatt tartottuk egy darab fehér papíron; amikor a csövet dörzsöltük, a golyó vonzotta a rézlemezt és egy darabig fenn is tartotta.”

19

20 Charles François de Cisternay DuFay (1698-1739)
kétféle elektromosság - kétfolyadék (effluvium) modell (1733) Pieter van Musschenbroek ( ) leydeni palack (1746) E(wald) Georg von Kleist ( )

21 Benjamin Franklin (1706-1790) síkkondenzátor villámhárító
egyfolyadék-modell (±)

22 Jean-Antoine Nollet (1700-1770)
az elektromosság népszerűsítése elektroszkóp

23 Charles-Augustine de Coulomb (1736-1806)
Newton+torziós mérleg  Coulomb-törvény (1777-) mágneses pólusok Siméon-Denis Poisson ( ) az elektrosztatikai potenciál matematikai elmélete magnetosztatika George Green ( )

24 Az elektromos áram vizsgálata
Luigi Galvani ( ) állati elektromosság (1780)

25 Alessandro Volta (1745-1827) William Nicholson (1753-1815)
Volta-oszlopok (1799) William Nicholson ( ) vízbontás (1800) Humphry Davy ( ) fémsók bontása (1807) a vezetők ellenállása

26 Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887)
Georg Simon Ohm ( ) áramköri törvény (1826) Gustav Robert Kirchhoff ( ) csomóponti törvény (1854)

27 Az elektromos és mágneses jelenségek közötti kapcsolat
Hans Christian Ørsted ( ) az elektromos áram és a mágnesség kapcsolata (1820) André-Marie Ampère ( ) áramok közötti erőhatások alapfogalmak Jean-Baptiste Biot ( ) Félix Savart ( )

28 Michael Faraday ( ) 20 év alatt több ezer kísérlet főleg az elektromágnesség területén elektromos áramok és mágneses tér kapcsolata forgómozgások esetén indukció (1831), elektromotoros erő stb. fogalomalkotás (pl. erővonal) elektrolízis (ionok, töltésmegmaradás stb.) fénypolarizáció (1845), kémia stb.

29 Heinrich Friedrich Emil Lenz [Emilij Hrisztianovics Lenc] (1804-1865)
James Clerk Maxwell ( ) axiomatikus elektrodinamikai elmélet (1) a Coulomb-erőnek megfelelő elektromos tér elektromos töltésből származik div D = ; (2) nincsenek elszigetelt mágneses pólusok, a mágnes pólusai között a Coulomb-erő hat div B = 0; (3) változó mágneses terek elektromos tereket hoznak létre rot E = – B/t; (4) változó elektromos terek és áramok mágneses tereket hoznak létre rot H = D/t + J.

30 Gyakorlati következmények
elektromágneses távíró Wilhelm Eduard Weber ( )- Johann Carl Friedrich Gauss ( ) – 1833 William Fothergill Cook ( )- Charles Wheatston ( ) – 1837

31 Samuel Finley Breese Morse (1791-1872) – 1837

32 transzatlanti kábel (1866), duplex, quadruplex (1874), időosztásos multiplex, telex
telefon (1876), mikrohullámú rádiókapcsolat, műholdas átvitel, számítógéphálózat (fax és ) elektromos világítás Thomas Alva Edison ( ) villanykörte és hálózat (1878) az elektromosság szerepe mai életünkben a nagy New York-i áramszünetek (1965, 1977, 2003)

33 az elektromágneses hullámok alkalmazásai
Heinrich Rudolf Hertz ( ) rádiófrekvenciás hullámok ( )

34 Alekszandr Sztyepanovics Popov (1859-1906)
Guglielmo Marconi ( ) transzatlanti forgalmazás (1901) km (1910) - kapcsolat a hajókkal Alekszandr Sztyepanovics Popov ( )

35 Repülőtéri radarantenna
Irányított mikrohullámú rádióantennák

36 Vákuumdióda, trióda ( ), tranzisztor (1947), nyomtatott (1940-es évek) és integrált (1960-as évek) áramkörök hangátvitel ( ) rádiós műsorszórás (1920) ikonoszkóp (1923), TV radar (1935) stb.

37 A hőtan fejlődése az energiamegmaradás törvényének felfedezéséig
A gőz erejének hasznosítása Denis Papin ( ) Papin-fazék (1679) a forrás légnyomásfüggése (1680)

38 zárt termodinamikai folyamatot végző gőzgép leírása, megépítése (1707)

39 Thomas Savery ( ) az első eladott gőzgép (1698)

40 Thomas Newcomen ( ) gőzgép ( )

41 James Watt (1736-1819) szeparált kondenzátor (1765)
bolygókerék, centrifugális szabályzó stb. (1790-ig)

42 A hőmérséklet mérése Gabriel Daniel Fahrenheit (1686-1736)
higanyos hőmérő ( ), skála René-Antoine de Réaumur ( ) alkoholos hőmérő, skála (1730) Anders Celsius ( ) skála (1742)

43 A hő Joseph Black ( ) fajhő, látens hő, hőmennyiség, kalorimetria, kalorikum ( ) Benjamin Thompson [Rumford gróf] ( )

44 “Alig szükséges hozzátennem, hogy akármi, amit bármely elszigetelt test, vagy testek rendszere korlátozás nélkül képes szolgál-tatni, az nem lehet anyagi szubsztancia: és számomra rendkívül nehéznek, ha nem le-hetetlennek tûnik, bármely más gondolatot kialakítani arról, amit létre lehet hozni és to-vábbítani, azon a módon ahogy a Hőt létre-hoztuk és továbbítottuk ezekben a Kísérle-tekben, mint hogy ez MOZGÁS.” (előadás 1798-ban)

45 Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850)
gázok hőtágulása (1802) léghajón 7 km magasra - a levegő hőmérsékletét, nyomását és összetételét mérve (1804) gázok térfogati arányai ( ) út az egyesített gáztörvény felé (1826)

46 John Dalton ( ) a gázok parciális nyomásának problémája (Dalton-törvény, 1801)  atomhipotézis ( )

47 Elméleti hőtan Jean Baptiste Joseph Fourier (1768-1830)
Théorie analytique de la chaleur (1822) a hővezetés differenciálegyenlete Fourier-sor Fourier-integrál

48 Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796-1832)
Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance (1824) reverzibilis körfolyamat kalorikus mechanikai modellje  hatásfok Benoit Paul Emil Clapeyron ( ) Carnot-féle körfolyamatok: fordítva, matematikailag, diagrammokon (1834) ideális gázok állapotegyenlete a folyadékkal egyensúlyban lévő gőz egyenlete

49 Az energia Julius Robert Mayer (1814-1878)
“Az erők okok: ennek megfelelően velük kapcso-latban teljes mértékben alkalmazhatjuk a causa aequat effectum (az ok egyenlő az okozattal) elvet. Ha a c oknak e okozata van, akkor c = e; ha történetesen e egy második f okozatnak az oka, akkor e = f, és így tovább: c = e = f … = c. Az okok és okozatok láncolatában egyetlen tag vagy egy tag egyetlen része sem tűnhet el, ahogyan ez világosan következik az egyenlet természetéből. Minden ok eme első tulajdonságát elpusztíthatatlanságuknak nevezzük.” (1842)

50 James Prescott Joule (1818-1889)
On the Production of Heat by Voltaic Electricity (1840) az áram hőhatása (I2R) a hő mechanikai egyenértéke (1843)

51 Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz (1821-1894)
a fiziológiai hő is csak fizikai energiából származhat „Azzal a feltevéssel kezdjük, hogy akármilyen természeti testek bármilyen kombinációjával is lehetetlen semmiből folyamatosan erőt előállítani. E tétel révén Carnot és Clapeyron elméletileg levezettek egy sor törvényt, amelyek egy részét a kísérlet bebizonyította, más részét még nem ellenőrizték … . Jelen tanulmány célja ezt az elvet ugyanúgy érvényesíteni a fizika összes ágában …” (előadás 1847-ből)

52 Az anyag atomos szerkezete
Az ókori atomizmus Empedoklész (i.e ) 4 őselem mechanikus egyesülése a viszály és a szeretet révén Anaxagorasz (i.e ) a dolgok magvai minőségileg végtelenek Leukipposz (i.e ) Demokritosz (i.e ) atom és űr, alak-sorrend-helyzet szükségszerűség érzékelés

53 Epikurosz (i.e. 341-270) Platón (i.e. 427-347) clinamen
szabályos testek

54 Az újkori atomizmus kezdetei
René Descartes ( ) Discours de la méthode + Optika, Meteorológia, Geometria (1637) a fény hordozója az éter (1644) atomizmusa

55 Pierre Gassendi (1592-1655) az antik atomizmus propagálója:
minden létező atomokból áll belső törekvéssel a mozgásra az űr a tér végtelen, megsemmisíthetetlen a fény korpuszkulákból áll (1649)

56 A fény problémája Francesco Maria Grimaldi (1618-1663)
fényelhajlás (1663) – az első kísérlet hullámelmélet kidolgozására

57 Isaac Newton (1643-1727) Robert Hooke (1635-1703)
a fény korpuszkuláris elmélete Newton-gyűrűk ( ) Robert Hooke ( ) diffrakció, interferencia ( ) – (éter)hullámelmélet Erasmus Bartholin ( ) kettős törés az izlandi földpátban (1669)

58 Christian Huygens ( ) Traité de la Lumière ( ) - a fény hullámelmélete (az éter rugalmas mozgása), Huygens-elv (elemi hullámok)

59

60 Newton: Opticks (1704) Leonhard Euler (1707-1783)
„Valóban nyilvánvaló, hogy a fény egymásután következő vagy egyidőben létező részecskékből áll; ugyanis ugyanazon a helyen felfoghatjuk azt a fényt, amely adott pillanatban odaérkezik, és továbbenged-hetjük azt, amit utána érkezik; ugyanakkor adott pillanatban felfoghatjuk a fényt egyik helyen és továbbengedhetjük egy másik helyen.” Leonhard Euler ( ) Nova theoria lucis et colorum (1746): levegő-hang~éter-fény analógia hullámhossz - szín (1752): maximális = vörös, minimális = ibolya

61 Johann Heinrich Lambert (1728-1777)
Photometria (1760) fényerő, fordított négyzetes törvény Pyrometrie (1779) a hősugarak is egyenes vonalban terjednek Sir William [Wilhelm Friedrich] Herschel ( ) infravörös sugarak (1800)

62 William Hyde Wollaston (1766-1828)
ultraibolya sugarak (1801) a színképben sötét vonalak vannak (1802) Johann Wilhelm Ritter ( )

63 Thomas Young ( ) hanginterferencia  interferencia  (ultraibolya) fényinterferencia ( ) kétréses kísérlet ( ) transzverzális hullámok az éterben (1817) különböző színű fények hullámhossza (1820)

64 Augustine-Jean Fresnel (1788-1827)
a fény hullámelmélete (1815) a diffrakció magyarázata: interferencia Fresnel-zónák  kísérleti döntés

65 a fénypolarizáció magyarázata (1817)
Fresnel-lencse világítótoronyba (1822) éter: szilárd rugalmas mozdulatlan közeg, amely áthatol pl. az átlátszatlan Földön (és ezáltal nem veszi fel mozgását), de amelyet az átlátszó testek törésmutatójuk arányában magukkal ragadnak

66 Jean-Bernard-Léon Foucault (1819-1868)
forgótükrös fénysebességmérés levegőben, vízben: a hullámelmélet mellett (1850)

67 Az anyag szerkezete D. Bernoulli
kinetikus gázelmélet: p ~ nmv2 és a hőmérséklettel növekszik (1738) Mihail Vasziljevics Lomonoszov ( ) 276 заметок по физике и корпускуларяой философии ( ) Слово о происхождения света (1756) Meditationes de Solido et Fluido (1760)

68 Antoine-Laurent Lavoisier (1743-1794)
a lehető legjobb kísérleti eszközök (1770-)

69

70 rendkívüli gondosság, mindig pontos mennyiségi viszonyok  az össztömeg a kémiai reakciók folyamán ugyanaz (1774)

71 J. L. Gay-Lussac és J. Dalton (1803-1810) Amedeo Avogadro (1776-1856)
A levegő összetétele, az égés oxigénelmélete ( ) A víz összetétele (1783) kémiai nevezéktan (1787) J. L. Gay-Lussac és J. Dalton ( ) Amedeo Avogadro ( ) molekuláris hipotézis, Avogadro-törvény (1811) Jöns Jacob Berzelius ( ) 2000 vegyület vizsgálata, atomsúlyok az O = 16-hoz viszonyítva, új elemek ( )

72 Pierre-Louis Dulong (1785-1838) Alexis-Thérèse Petit (1791-1820)
William Prout ( ) az elemek atomsúlya a hidrogénének egész számú többszöröse (1815) Th. Young a molekulák méretének első kielégítően pontos mérése (1816) Pierre-Louis Dulong ( ) Alexis-Thérèse Petit ( ) fajhő x atomsúly = állandó (1819)

73 Robert Brown (1773-1858) M. Faraday
A Brief Account of Microscopical Observations made in the Months of June, July, and August, 1827, on the Particles Contained in the Pollen of Plants; and on the General Existence of Active Molecules in Organic and Inorganic Bodies M. Faraday az elektromos töltés megmaradása (1843)