初探热力学第一定律及其应用

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1、石河子大学师范学院物理系2007级初探热力学第一定律的建立过程及其意义Theprocessandmeaningofvisitingthermodynamics'thefirstlawinthefirsttime高剑学号：20070101742009-5-5初探热力学第一定律的建立过程及其意义Theprocessandmeaningofvisitingthermodynamics'thefirstlawinthefirsttime摘要：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别

2、的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。这就是著名的能量守恒定律，即热力学第一定律。热力学第一定律是人们认识自然和利用自然的有力武器。那它是怎样产生的呢？Summary:Energywillneitheremergenordisappearwithoutfoundation,itwillturnformakindofformintootherformsorshiftfromanobjecttootherobjects.Inthesechangingandshiftingcourses,itmeasurewillbefixe

3、d.Thisisafamouslawofkeepingtheseperseveranceinenergy,Inanotherword,itisthethermodynamics’thefirstlaw.Thelawisastrongweaponthatletpeoplerecognizeandutilizethenature.Buthowdoesitcomeintobeing?关键词：热力学第一定律、历史背景、动因、历史作用、意义Key：Thelawofkeepingtheperseveranceinenergy,hist

4、oryandbackground,powerfactor,historicalfunction,meaning.热力学第一定律的建立经过了漫长的过程，它是建立在前人大量的成果之上的：17世纪末，惠更斯（ChristiaanHuygens,1629～1695）提出了解决碰撞问题的一个法则—“活力”守恒原理，他成为了能量守恒的先驱。1783年，瓦特（JamesWatt，1736～1819）为了确定它的蒸汽机的性能，提出“马力”这个概念。1802年，特里维西克（RichardTrevithick,1771～1833）制成“高压蒸

5、汽机”。19世纪20年代初，卡诺（SadiCarnot,1796～1832）深入研究蒸汽机原理，从“热素说”的观念探讨热与热机做功和热效率。1834年，克拉佩隆运用彭西列提出的功概念表示卡诺所说的动力，把卡诺的理想热机可逆循环过程中热与功的关系，绘成两个绝热过程和两个定温过程形成的封闭热功可逆循环曲线，即后来所说的示功图，因而形成理想热机的热功可逆循环。1842年，迈尔在发表的第一篇论文中提到计算热功当量的原理和结果。1843年，焦耳宣读第一次发表热功当量实验结果的论文。热力学第一定律的发现，是在当时工程技术的迫切需要下出

6、现的。在1798—1849年间“热动说”取代了“热素说”和热功当量的发现与精确确定的基础上，由于研究热机原理和能量转化守恒关系的迫切需要，在理论和实践条件基本成熟后，应运而生。围绕热力学第一定律历史上曾经出现过两次争论。第一次争论，是镭放射的巨大能量的来源和如何解释的问题。彭加勒在1906年发表的《科学的价值》一书中，提出镭放射的能量“推翻了热力学第一定律”和发现电子的静质量为0“推翻了质量守恒定律”，因而使19世纪末的物理学遇到了严重的危机。在维护能量守恒原理的科学家之中，又分为两种。一种认为放射性的巨大能量是放射性物质

7、从外部空间中的以太、气体或其他射线中长期吸收和积聚起自己的能量。开尔文在1903年就提出镭的放射性能量来自于其原子长期吸收空间的以太形成的，并在1904年召开的大英科学促进会上与瑞利打赌。也有科学家主张热力学第一定律在放射性过程中仍然正确，并从原子内部自发分裂方面寻找辐射的根源。第二次争论,是B衰变过程中能量是否守恒问题。由于问题的实质关系到热力学第一定律在核物理中是否适用的原则问题，并且又是由玻尔这样的物理权威提出和由鲍利加以反对，自然引起物理学家的极大关注。关于热力学第一定律的争论，尽管学术界出现过这样或那样的看法和评

8、价，但是应该说它们都从正反两个方面使科学家和哲学家得到很深的教益。其共同的结果是证明了热力学第一定律在微观和宏观世界两方面都是正确的。已成为自然科学和自然哲学上的一个牢固的基石。能量守恒和转化定律的发现，是和一个“疯子”医生联系起来的。这个被称为“疯子”的医生名叫迈尔（1814～1878），德国汉堡人，