大学物理（下）热学课程论文.doc

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1、大学物理（下）热学课程论文姓名：任志军班级：材料10・2学号：10170202282011年12月24日热学是研究物质处于热状态时的有关性质和规律的物理学分支，它起源于人类对冷热现象的探索。人类牛存在季节交替、气候变幻的自然界中，冷热现彖是他们最早观察和认识的自然现象之一。第一个时期，实质上是热学的早期史，开始于17世纪末直到19世纪中叶，这个时期积累了大量的实验和观察事实。关于热的本性展开了研究和争论，为热力学理论的建立作了准备，在19世纪前半叶出现的热机理论和热功相当原理己经包含了热力学的基木思想。第二时期从19世纪中叶到19世纪70

2、年代末。这个时期发展了唯象热力学和分子运动论。这些理论的诞生直接与热功相当原理有关。热功相当原理奠定了热力学第一定律的基础。它和卡诺理论结合，导致了热力学第二定律的形成。热功相当原理跟微粒说（唯动说）结合则导致了分子运动论的建立。而在这段时期内唯象热力学和分子运动论的发展还是彼此隔绝的。第三时期内唯象热力学的概念和分子运动论的概念结合的结果，最终导致了统计热力学的产生。它开始于19世纪70年代末波兹曼的经典工作，止于20世纪初。这时出现了吉布斯在统计力学方而的基础工作。从20世纪30年代起，热力学和统计物理学进入了第四个时期，这个时期内出

3、现了量子统计物理学和非平衡态理论，形成了现代理论物理学最重要的一个部门。自然界物质运动形式具有多样性，除了存在如汽车、火车的运行，车床飞轮的飞转，天体运动等一类现彖之外，还有物质的热胀冷缩、热传导、扩散，导体电阻率随温度变化及物质可进行同、液、汽三种状态的变化等另外一类现象。前者的特征是物体的空间位置发牛变化，被称为机械运动现彖，力学研究其规律；仔细分析后一类现象，会发现存在一共同的特点，即都与温度有关。我们将这一类的物质物理性质随温度变化的现象称为热现象。热现象的产生是物质内部大量分子无规则运动导致的•当讨论和研究热现彖规律时，物体的整

4、体宏观机械运动已不再属于讨论的范畴,人们将目光投向物质内部大量分子运动上。区别于机械运动物理概念，人们将由大量无规则运动的分子所组成的宏观物质以热现象为主要标志的运动形态称为热运动。热现象是热运动的宏观表现，热运动是热现象的微观本质.热运动不是孤立，往往在一定条件下可向其它运动形态转化。如摩擦生热、挥发降温、气缸内气体吸热对外做功、电流通过电阻发热和温差电池等。因此研究热运动同其它运动形态转化的规律也是热学研究的另一个重要基木内容。热学是研究物质热现象、热运动规律以及热运动同其它运动形式之间转化规律的一门学科。古代物理学中的热学古代西方：

5、火、土、水、气是构成万物的四个主要元素。中国古代：金、木、水、火、土五行学说。实际古代物理学主要成就是古代原子论，人们用古代原子论解释一切现象，其特点是猜测性的思辫。17、18世纪对热的认识热是物质内部分子运动的表现这一基本思想逐步确立，但由于缺乏精确实验根据，尚未形成科学理论。18世纪中叶以后，系统的计温学和量热学的建立，使热现彖的研究走上实验科学的道路，由于各种物理现象的相互联系尚未被揭示出来，“热质”这一特殊的“物质”被臆想出来，在以“将错就错”的形式发挥一定作用后最终退出历史舞台。19世纪的热学在1644年笛卡儿在《哲学原理》中就

6、提出了运动不变的思想，但没有给出具体反映这种不变性本质的物理概念。随着人们对自然界认识的不断加深和拓广，逐步发现不同的物理现象之间存在着内在的联系。徳国科学家迈耶从哲学角度首先确定了这种永恒性，他坚信“无不生有，又不变无”，通过对马拉车运动过程进行了细致地分析，指明轮子摩擦散热和马做功一定有确定的比例；后來英国科学家焦耳通过大量精确和严格的实验，测量出热功当量为4.18J/cal,确立了建立能量转化与守恒定律的实验基础；德国科学家亥姆霍兹最终建立了能量守恒定律的数学表达。他从尸推出了mgh=l/2mv2,并建议用l/2mv2代替mv表示机

7、械运动的强弱，用来度量能量的改变。能量转化与守恒定律的建立过程说明了正确的哲学思想、严格的实验和严密的数学推理是自然科学认知过程的三个基本要素O、热力学第一定律就是能量转化与守恒定律在热现象过程中的具体表现。在热力学第一定律建立以后，徳国物理学家克劳修斯和英国物理学家开尔文通过分别对法国工程师卡诺关于理想热机效率问题研究成果的细致分析，各自独立的发现了热力学第二定律，并找到了反映物质各种性质的热力学函数。1850年前后，物理学界普遍认识到了热现象和分子运动的联系，但微观结构和分子运动的物理图像仍是模糊或未知的。凭借着对分子运动的假设和运用

8、统计方法，克劳修斯正确地导岀了气体实验公式。另外，麦克斯韦和玻尔兹曼在研究分子分布规律和平衡态方面也做出了卓有成效的工作。后来吉布斯把玻耳兹曼和麦克斯韦所创立的统计方法推广而发展成为系统的理论