熱學發(fā)展簡史.ppt

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1、§1.1.2熱學發(fā)展史一、溫度的定義和熱機的研制1.對溫度的研究1593年，伽利略利用空氣熱脹冷縮的性質(zhì)，制成了溫度計的雛形。1702年，阿蒙頓制成空氣溫度計，但不準確。1724年，荷蘭工人華倫海特在他的論文中，建立了華氏溫標，首先使用水銀代替酒精。1742年瑞典的攝爾修斯定義水的沸點為零度，冰的熔點為100度，后施勒默爾將兩個固定點倒過來，建立了攝氏溫標。1779年，全世界有溫標19種。1854年，開爾文提出開氏溫標，得到世界公認。7/31/202112.熱機的發(fā)展“蒸汽機是一個真正的國際發(fā)明，而這個事實又證

2、實了一個巨大的歷史進步。”1695年，法國人巴本第一個發(fā)明蒸汽機，但操作不便，不安全。1705年，鈕科門和科里制造了新蒸汽機，有一定實用價值，但用水冷卻氣缸，能量損失很大。1769年，英國技工瓦特改進了鈕科門機，加了冷凝器，使機器運作由斷續(xù)變連續(xù)，從而蒸汽機的使用價值大大提高，導致了歐洲的工業(yè)革命。1785年，熱機被應用于紡織。1807年，熱機被美國人富爾頓應用于輪船，1825年被用于火車和鐵路。瓦特發(fā)明的蒸汽機7/31/202123.量熱學和熱傳導理論的建立在18世紀前半葉，人們對什么是溫度，什么是熱量的概念

3、含糊不清，熱學要發(fā)展，有關熱學的一系列概念就需要有科學的定義。經(jīng)彼得堡院士里赫曼于1744年開始，英國人布拉克和他的學生伊爾文等逐步工作，終于在1780年前后，溫度、熱量、熱容量、潛熱等一系列概念都已形成。7/31/202134.熱本性說的爭論１）認為熱是一種物質(zhì)，即熱質(zhì)說。　　　　代表人物：伊壁鳩魯、付里葉、卡諾。2）認為熱是物體粒子的內(nèi)部運動。　　　　代表人物：笛卡爾、胡克、羅蒙諾索夫，倫福德。他們認為：“盡管看不到，也不能否定分子運動是存在的?！?/31/20214二、熱力學第一定律的建立（一）定律誕

4、生的背景1）為蒸汽機的進一步發(fā)展，迫切需要研究熱和功的關系，以提高熱機效率，適應生產(chǎn)力發(fā)展的需要。2）能量轉化與守恒思想的萌發(fā)俄國的赫斯，1836年：“不論用什么方式完成化合，由此發(fā)出的熱總是恒定的。”1830年，法國薩迪·卡諾：“準確地說，它既不會創(chuàng)生也不會消滅，實際上，它只改變了它的形式?！钡ㄖZ患了猩紅熱，腦膜炎，不幸又雪上加霜，患了流行性霍亂，于1832年去世。卡諾的這一思想，在1878年才公開發(fā)表，但熱力學第一定律已建立了。7/31/20215（二）確立能量轉化與守恒定律的三位科學家德國的邁爾(181

5、4-1878)邁爾曾是一位隨船醫(yī)生，在一次駛往印度尼西亞的航行中，給生病的船員做手術時，發(fā)現(xiàn)血的顏色比溫帶地區(qū)的新鮮紅亮，這引起了邁爾的沉思。他認為，食物中含有的化學能，可轉化為熱能，在熱帶情況下，機體中燃燒過程減慢，因而留下了較多的氧。邁爾的結論是：“因此力（能量）是不滅的，而是可轉化的，不可稱量的客體”。邁爾在1841年、1842年撰文發(fā)表了他的觀點，在1845年的論文中，更明確寫道：“無不能生有，有不能變無。”“在死的或活的自然界中，這個力（能）永遠處于循環(huán)和轉化之中?！边~爾是將熱學觀點用于有機世界研究的

6、第一人。恩格斯對邁爾的工作給予很高的評價。7/31/20216亥姆霍茲德國科學家，他認為，大自然是統(tǒng)一的，自然力(即能量)是守恒的。1847年，發(fā)表著名論文《力的守恒》，把能量概念從機械運動推廣到普遍的能量守恒。7/31/20217焦耳的實驗研究焦耳是英國著名的實驗物理學家，家境富裕。16歲在名家道爾頓處學習，使他對科學濃厚興趣。當時電機剛出現(xiàn)，焦耳在1841年發(fā)表文章指出:“熱量與導體電阻和電流平方成正比。”這就是著名的焦耳——楞次定律。探求熱和得到的或失去的機械功之間是否存在一個恒定的比值，又成了焦耳感興趣

7、的問題。1845年，焦耳為測定機械功和熱之間的轉換關系，設計了“熱功當量實驗儀”，并反復改進，反復實驗。1849年發(fā)表《論熱功當量》。1878年發(fā)表《熱功當量的新測定》，最后得到的數(shù)值為423.85公斤·米/千卡。焦耳測熱功當量用了三十多年，實驗了400多次，付出大量的辛勤勞動。7/31/20218能量守恒和轉化定律是自然界基本規(guī)律，恩格斯曾將它和進化論、細胞學說并列為三大發(fā)現(xiàn)。熱力學第一定律建立的成因１）理論——邁爾邁爾是明確提出“無不能生有”，“有不能變無”的能量守恒與轉化思想的第一人。而這理論正是建立熱力

8、學第一定律的基礎。２）實驗——焦耳由于焦耳精心嚴謹?shù)剡M行了熱功當量測定等一系列實驗，奠定了熱力學第一定律的實驗基礎，得到了人們的認同。３）一批科學家的不懈努力亥姆霍茲將能量守恒定律第一次以數(shù)學形式提出來，而卡諾、賽貝等人也都有過這方面的見解。４）說明了客觀條件成熟，相應的自然規(guī)律一定會發(fā)現(xiàn)。7/31/20219熱力學第二定律的建立：在實際情況中，并不是所有滿足熱力學第一定律的過程都能實