物理学史4热学ppt课件.ppt

《物理学史4热学ppt课件.ppt》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、第四章热学发展史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。——恩格斯热学发展史实际上就是热力学和统计物理学的发展史，可以划分为四个时期。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已经包含了热力学的基本思想。第二时期从19世纪中叶到19世纪70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

2、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年代末玻尔兹曼的经典工作，止于20世纪初。这时出现了吉布斯在统计力学方面的基础工作。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。温度的定义和热机的研制热力学第一定律的建立热力学第二定律的建立热力学第三定律的建立和低温物理学的发展气体动理论的发展统计

3、物理学的创立一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。1702年，阿蒙顿制成空气温度计，但不准确。1724年，荷兰工人华伦海特在他的论文中，建立了华氏温标，首先使用水银代替酒精。1742年瑞典的摄尔修斯定义水的沸点为零度，冰的熔点为100度，后施勒默尔将两个固定点倒过来，建立了摄氏温标。1779年，全世界有温标19种。1854年，开尔文提出开氏温标，得到世界公认。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

4、年，钮科门和科里制造了新蒸汽机，有一定实用价值，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。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、热容量、潜热等一系列

5、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。”二热力学第一定律的建立1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

6、，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。2确立能量转化与守恒定律的三位科学家德国的迈尔(1814-1878)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，

7、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。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。他的论文共分六节，前两节主要是回顾力学的发展，强调了活力守恒（即动能守恒），进而分析了“力”的守恒原理（即机械能守恒原理）；第三节涉及守恒原理的各种应用；第四节题为“热的力当量性，”他明确地摒弃了热质说，把热看成粒子（分子或原子）