19世纪分子运动论的发展.docVIP

19世纪分子运动论的发展 分子运动论的建立和完善是许多学者辛勤研究的结果。正是他们的努力，使人们摒弃了“热质说”，并对热的本性有了科学的正确的认识。 1820年，赫拉派斯(Herapath)得到了压强公式pv=Nmv2/3。虽然这个公式在约百年前伯努利也已得到，但赫拉派斯却明确提出绝对温度取决于分子速度。1832年，赫拉派斯第一次利用pv=Nmv2/3计算了分子的速度。但他的工作不被皇家学会重视。 1843年， 瓦特斯顿 (J．T．Waterston)在“Thought On the MentalFunction”的著作里，采用分子弹性球模型，首次指出温度与分子活力(即，mv2)之间的关系。1845年，他在递交给皇家学会的论文中，明确提出由弹性球组成的介质的绝对温度应与弹性球速率的平方成正比，他还第一次给出了统计力学中的均分定理。但是，瓦特斯顿的论文被皇家学会所拒绝。除了对克里尼希有影响外，他对分子运动的发展没有多大直接影响。 在19世纪50年代，随着热力学第一定律的建立，赫拉派斯和瓦特斯顿那种孤立的、不为人所知的工作时代也就结束了。热的分子运动论得到公认，并由一批科学家共同推动前进。 焦耳是能量守恒和转化定律的提出者之一。这位热力学革命的领导人对分子运动论也进行了独立的工作，他的地位使分子运动论受到了人们的尊重。1847年他在论文《论物质、活力和热》中，指出热一定是分子运动的动能或是分子间的相互作用能(势能)。 通常人们都把19世纪50年代以后热动力论的复苏归功于克里尼希(A．K．Kronig,1822—1879年)。因为他的工作，气体分子运动论迅速为大家承认。他的论文促进了克劳修斯和麦克斯韦工作的进一步发展，所以对以后影响很大。克里尼希1856年在《气体理论概要》中，根据热运动论的思想和理想气体分子模型导出了压强公式。由于他是当时德国的著名科学家、大学教授和物理学杂志的主编，在当时有很大的影响，所以他的工作很快被大家接受，对分子运动论的推广起了重要作用。 1857年，克劳修斯 (R．Clausius，1822—1888年)发表了《论我们称之为热的那种运动》一文。这篇论文是在克里尼希1856年论文的影响下写成的。克劳修斯在论文中明确提出了统计的概念。清晰明确的统计思想是建立定量的分子运动论的前提， 因为它指明了个别分子的运动怎样与可观测的宏观热现象联系起来。克劳修斯对分子运动论的主要贡献是他在1858年发表的论文《关于气体分子的平均自由程》中引入分子运动的平均自由程概念。 作为19世纪最伟大的理论物理学家之一的麦克斯韦(J．C．Maxwell，1831—1879年)，除了在电磁理论方面有尽人皆知的贡献外，在分子运动论方面也做了奠基性工作。他在1859年发表的著名的《气体分子运动论的阐明》一文中，第一次提出了分子速度分布率的概念。他最重要的贡献是借助于几率的方法，得到了分子速度的分布函数。 玻尔兹曼(L．BOltzmann， 1844—1906年)把他40年科学生涯的大部分时间贡献给了分子运动论和统计力学。他对热力学第二定律做出的统计解释，使分子运动论达到了完善的程度。 在分子运动论中，麦克斯韦和玻尔兹曼都是把体系中的单个粒子作为统计个体。但在19世纪70年代以后，这两位大师都开始考虑把整个体系作为统计的个体而研究大量体系在相中的分布，为此，他们提出了系综的概念。吉布斯(J．W．Gibbs，1839—1903年)继承了他们的思想，在系综概念的基础上建立起宏伟的统计力学大厦。 今 日 物 理--------超低温世界 在低温工程中，一般将1 K以下的温度称之为超低温。这里，介绍远比这一温度更低的低温世界。 人们研究的物质是由原子、离子、电子等构成的。这些原子、离子、电子等或大或小相互受力而结合，在力的作用下保持最稳定的状态，即处于能量的最低状态，这是一个排列整齐、极为有序的状态。与此相反，扰乱这一秩序的是温度，或者称为热能，即粒子的热运动或热振荡等。温度使原子振荡，激发电子，使微小的世界活跃起来。物质的各种状态和性质最终都建立在它们的平衡之上。 mK以下的超低温领域的开发，进入20世纪70年代以来进展迅速。这是由于20世纪60年代后半期超导磁体的应用及稀释制冷机的发展已经达到了普及的程度。产生mK以下温度的典型方法是采用稀释制冷机和核绝热去磁法。 3He和4He是氦的两个稳定的同位素。3He是具有1/2核自旋的费密子，而4He是玻色子。由于各自服从的统计规律不同，在低温下它们的性质有很大不同。稀释制冷机就是利用了这个不同的性质来产生低温。 利用磁性体的熵来降低温度的想法， 已于1920年就有了