物理学热学§1.1 宏观与微观描述方法

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1、普通物理教程热学杨远贵淮北师范大学E-mail:yygcn@163.comPhone:13665614190热是人类最早发现的一种自然力，是地球上一切生命的源泉。——恩格斯教材内容第一章导论第二章分子动理学理论的平衡态理论第三章输运现象与分子动理学理论的非平衡态理论第四章热力学第一定律第五章热力学第二定律第六章物态与相变基本框架热力学第零定律热平衡温度热力学第一定律能量守恒内能、功热量、焓热力学第二定律过程方向熵热力学第三定律温度极限绝对零度本课程主要讨论以下三部分内容：（1）热力学基础；（2）统计物理学的初步知识（以分子动理论的内容为主）；（3）气体、液体、固体、相变等物性学方面的

2、基本知识。以后在“热力学与统计物理”、“固体物理”等课程中还要对热物理学的相关内容作更深入的讨论。课程要求上课不可迟到、早退课堂不可接打电话按时并独立地完成作业平时成绩：出勤、作业、课堂学习状态、回答问题等占30%期末考试：70%热学简史早期发展简述热力学第一定律的建立分子运动论的发展早期发展简述：温度的定义和热机的研制1.对温度的研究1593年，伽利略利用空气热胀冷缩的性质，制成了温度计的雏形。2.热机的发展“蒸汽机是一个真正的国际发明，而这个事实又证实了一个巨大的历史进步。”1695年，法国人巴本第一个发明蒸汽机，但操作不便，不安全。1705年，钮科门和科里制造了新蒸汽机，有一定

3、实用价值，但用水冷却气缸，能量损失很大。1769年，英国技工瓦特改进了钮科门机，加了冷凝器，使机器运作由断续变连续，从而蒸汽机的使用价值大大提高，导致了欧洲的工业革命。1785年，热机被应用于纺织。1807年，热机被美国人富尔顿应用于轮船，1825年被用于火车和铁路。萨维里的蒸汽机托马斯•纽可门的蒸汽机瓦特像瓦特发明的蒸汽机1807年3.量热学和热传导理论的建立在18世纪前半叶，人们对什么是温度，什么是热量的概念含糊不清，热学要发展，有关热学的一系列概念就需要有科学的定义。经彼得堡院士里赫曼于1744年开始，英国人布拉克和他的学生伊尔文等逐步工作，终于在1780年前后，温度、热量、热

4、容量、潜热等一系列概念都已形成。4.热本性说的争论1）认为热是一种物质，即热质说。代表人物：伊壁鸠鲁、付里叶、卡诺。2）认为热是物体粒子的内部运动。代表人物：笛卡尔、胡克、罗蒙诺索夫，伦福德。他们认为：“尽管看不到，也不能否定分子运动是存在的。”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二、确立能量转化与守恒定律的三位科学家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

5、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。恩格斯对迈尔的工作给予很高的评价。德国的迈尔(1814-1878)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

6、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。焦尔测量热功当量的一种实验装置-----

7、---浆叶实验焦耳像分子运动论的发展1、早期的分子运动论1）德莫克里特（公元前460-前371）：认为物质皆由各种不同微粒组成。2）1658年，伽桑狄提出，物质是由分子构成的。2、克劳修斯的理想气体分子模型1857年发表《论热运动的类型》的文章，，以十分明晰和信服的推理，建立了理想气体分子模型和压强公式，引入了平均自由程的概念。3、麦克斯韦的贡献1860年，麦克斯韦发表了《气体动力论的说明》，第一次用概率的思想，建立了麦克斯韦分子速率分布律。4、玻尔兹曼的