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《第四章热力学和统计物理学的发展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、·第四章热力学和统计物理学的发展教学目的和要求:掌握:几种温标的建立;热力学三定律的发现过程及内容;在分子运动论的建立中,克劳修斯作出的贡献;麦克斯韦,玻尔兹曼对统计力学的建立作出的贡献.熟悉:计温学与量热学的发展;关于热的本质的学说的发展;了解:气体运动定律;了解克劳修斯是如何得到熵概念和熵增加原理的;教学重点,难点:几种温标的建立;热力学三定律的发现过程及内容;在分子运动论的建立中,克劳修斯作出的贡献;麦克斯韦,玻尔兹曼对统计力学的建立作出的贡献教学内容:§1.热学现象的初期研究一蒸汽机的发明1690年巴本
2、(FrnidPapin,1647-1712,法国,惠更斯助手)首先制成带有活塞和汽缸的实验性蒸汽机;1698年,托马斯萨维里(ThomasSavery,1650-1715,英国军事工程师)制成一具蒸汽水泵;1705年,托马斯纽可门(ThomasNewcomen,1663-1729,英国铁匠)在萨维里和巴本的基础上,研制了一个带有活塞的封闭的圆筒汽缸,活塞通过一杠杆和一排水泵相连.是一个广义的把热转变为机械力的原动机,是蒸汽机最早的雏形.并真正有效地应用于矿井排水.但活塞的每次下降都必须将整个汽缸和活塞同时冷却,
3、热量的损失太大.1769年,詹姆斯瓦特(JamesWatt,1736-1819,法国,格拉斯哥大学仪器维修工)改进了纽可门机,把冷凝过程从汽缸内分离出来,即在汽缸外单独加一个冷凝器而使汽缸始终保持在高温状态.1782年,又制造出了使高压蒸汽轮流的从两端进入汽缸,推动活塞往返运动的蒸汽机,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.二计温学的发展(一)温度计的设计与制造1603年,伽
4、利略制成最早的验温计:一只颈部极细的玻璃长颈瓶,倒置于盛水容器中,瓶中装有一半带颜色的水.随温度变化,瓶中空气膨胀或收缩.1631年,法国化学家詹雷伊(JeanRey,1582-1630)把伽利略的细长颈瓶倒了过来,直接用水的体积的变化来表示冷热程度,但管口未密封,水不断蒸发,误差也较大.1650年,意大利费迪男二世(G.D.FerdinandⅡ)用蜡封住管口,在瓶内装上红色的酒精,并在玻璃瓶细长颈上刻上刻度,制成现代形式的第一支温度计.1659年法国天文学家伊斯梅尔博里奥(IsmaelBuolliau)制造了
5、第一支用水银作为测温物质的温度计.(二)测温物质的选择和标准点的确定德国的格里凯(Guericke)曾提出以马德堡地区的初冬和盛夏的温度为定点温度;佛罗伦萨的院士们选择了雪或冰的温度为一个定点,牛或鹿的体温为另一个定点;1665年,惠更斯建议把水的凝固温度和沸腾温度作为两个固定点;1703年,牛顿把雪的熔点定为自己制作的亚麻子油温度计的零度,把人体温度作为12度等等.华伦海特(GabrielDanileFahrenheit,1686-1736,德国玻璃工人,迁居荷兰)制造了第一支实用温度计:他把冰,水,氨水和盐
6、的混合物平衡温度定为00F,冰的熔点定为320F,人体的温度为960F,1724年,他又把水的沸点定为2120F.后来称其为华氏温标.列奥米尔(Reaumur,1683-1757,法国)以酒精和1/5的水的混合物作为测温物质,1730年制作的酒精温度计,取水的冰点为00R,水的沸点为800R,在两个固定点中间分成80等分,称为列氏温标.摄尔修斯(AndersCelsius,1701-1744,瑞典天文学家),用水银作为测温物质,以水的沸点为00C冰的熔点为1000C,中间100个等分.8年后接受了同事施特默尔(
7、M.Stromer)的建议,把两个定点值对调过来.称为摄氏温标.至1779年全世界共有温标19种.热力学温标:开尔文注意到:既然卡诺热机与工作物质无关,那么我们就可以确定一种温标,使它不依赖于任何物质,这种温标比根据气体定律建立的温标更具有优越性.据此,1854年,开尔文提出开氏温标,T=272.3+t.又称热力学温标,它与测温物质的性质无关,即任何测温物质按这种温标定出的温度数值都是一样的.1954年国际计量大会决定将水的三相点的热力学温度定为273.16K,即热力学温度的单位—开尔文(K)就是水三相点热力学
8、温度的1/273.16三量热学的建立1.不同物质放热能力不同的发现:17世纪,意大利的科学家在实验中发现,在同一温度下具有相同重量的不同液体分别与冰混合时,冰被融化的数量是不同的,这表明不同物质的放热能力是不同的.有人认为这种能力可能与物质密度有关,密度越大,吸热和放热的能力越大.华伦海特通过实验发现:水银的的吸热能力仅仅是水的2/3,但密度却是水的十几倍,因而否定了和密度有关的说法.
