热力学第一定律的建立.doc

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1、热力学第一定律的建立　　一、定律诞生的背景1）为蒸汽机的进一步发展，迫切需要研究热和功的关系，以提高热机效率，适应生产力发展的需要。2）能量转化与守恒思想的萌发俄国的赫斯，1836年：“不论用什么方式完成化合，由此发出的热总是恒定的。”1830年，法国萨迪·卡诺：“准确地说，它既不会创生也不会消灭，实际上，它只改变了它的形式。”但卡诺患了猩红热，脑膜炎，不幸又雪上加霜，患了流行性霍乱，于1832年去世。卡诺的这一思想，在1878年才公开发表，但热力学第一定律已建立了。二、确立能量转化与守恒定律的三位科学家德国的迈尔(1814-

2、1878)迈尔曾是一位随船医生，在一次驶往印度尼西亚的航行中，给生病的船员做手术时，发现血的颜色比温带地区的新鲜红亮，这引起了迈尔的沉思。他认为，食物中含有的化学能，可转化为热能，在热带情况下，机体中燃烧过程减慢，因而留下了较多的氧。迈尔的结论是：“因此力（能量）是不灭的，而是可转化的，不可称量的客体”。迈尔在1841年、1842年撰文发表了他的观点，在1845年的论文中，更明确写道：“无不能生有，有不能变无。”“在死的或活的自然界中，这个力（能）永远处于循环和转化之中。”迈尔是将热学观点用于有机世界研究的第一人。恩格斯对迈尔

3、的工作给予很高的评价。亥姆霍兹德国科学家，他认为，大自然是统一的，自然力(即能量)是守恒的。1847年，发表著名论文《力的守恒》，把能量概念从机械运动推广到普遍的能量守恒。焦耳的实验研究焦耳是英国著名的实验物理学家，家境富裕。16岁在名家道尔顿处学习，使他对科学浓厚兴趣。当时电机刚出现，焦耳在1841年发表文章指出:“热量与导体电阻和电流平方成正比。”这就是著名的焦耳——楞次定律。探求热和得到的或失去的机械功之间是否存在一个恒定的比值，又成了焦耳感兴趣的问题。1845年，焦耳为测定机械功和热之间的转换关系，设计了“热功当量实验

4、仪”，并反复改进，反复实验。1849年发表《论热功当量》。1878年发表《热功当量的新测定》，最后得到的数值为423.85公斤·米/千卡。焦耳测热功当量用了三十多年，实验了400多次，付出大量的辛勤劳动。能量守恒和转化定律是自然界基本规律，恩格斯曾将它和进化论、细胞学说并列为三大发现。热力学第一定律建立的成因１）理论——迈尔迈尔是明确提出“无不能生有”，“有不能变无”的能量守恒与转化思想的第一人。而这理论正是建立热力学第一定律的基础。２）实验——焦耳由于焦耳精心严谨地进行了热功当量测定等一系列实验，奠定了热力学第一定律的实验基

5、础，得到了人们的认同。３）一批科学家的不懈努力亥姆霍兹将能量守恒定律第一次以数学形式提出来，而卡诺、赛贝等人也都有过这方面的见解。４）说明了客观条件成熟，相应的自然规律一定会发现。热力学第二定律的建立：在实际情况中，并不是所有满足热力学第一定律的过程都能实现，比如热不会自动地由低温传向高温，过程具有方向性。这就导致了热力学第二定律的出台。克劳修斯、开尔文、玻尔兹曼等科学家为此做了重要贡献。1917年，能斯特进一步提出“绝对零度是不可能达到的”热力学第三定律。