能量守恒原理的建立.ppt

在热质说观点指引下，热学研究取得了一定的进展．在18世纪前半叶人们开始明白一个有意义的事实：在对混合物所做的实验中，亦即把温度不同的诸物体放到一起，热既不会被创生也不会被消灭．这就是说，不管热在混合物或保持密切接触的各种不同物体中间如何重新分布，热的总量保持不变．现在可以将这条热量守恒定律表述为：在一个不受外界影响的绝热系统中，物体A失去的热量等于物体B得到的热量，即ΔＱ（Ａ）＋ΔＱ（Ｂ）＝０． * 这样一个热量守恒定律非常自然地使人联想到物质守恒的概念，有力地使热质说的观点占了上风．事实上，热质说对热传导现象给出了一个简单的可信的图像，即剩余的热质要从较热的物体不断地流向较冷的物体，直到达到平衡状态为止．而用那种把热视为粒子运动方式的观点来说明这一观察的结果确实很困难． * 　除此之外，热质说还简易地解释了当时发现的大部分热学现象，比如物体温度的变化是吸收或放出热质引起的，对流是载有热质的物体的流动，辐射是热质传播，物体受热膨胀是因为热质粒子间的相互排斥，等等．热质说的成功，自18世纪80年代起几乎使整个欧洲都相信了热质说的正确性，从而压倒了热的运动说． * ３．运动说的复兴 到了18世纪末，热质说受到了严重的挑战．随着实验材料的增多，越来越表明热质说不能说明物体因摩擦力做功而生热的现象． 1798年英国物理学家伦福德伯爵向英国皇家学会提出了一个报告“论摩擦激起的热源”，说他在慕尼黑兵工厂监督大炮镗孔工作时，注意到炮筒温度升高，钻削下的金属温度更高，他提出了大量的热是从哪里来的这个问题．他敏锐地感觉到彻底研究这一课题，对热的本质可望获得进一步认识，从而对于热质存在与否这个自古以来哲学家们众说不一的问题做出合理的推测． * 　接着，他写道：“热是否来自钻腔机所切开的金属片？如果情形的确是这样的话，那么根据现代的潜热和热质学说，则金属片的热容不仅应该变化，而且此变化还应该大到足以成为产生所有热的源泉．”但是，他通过在绝热条件下所做的一系列钻孔实验，比较了钻孔前后金属和碎屑的比热，发现钻削不会改变金属的比热．他还用很钝的钻头钻炮筒，半小时后炮筒温度从16°C升高到55°C，金属碎屑只有54ｇ，相当于炮筒质量的1／948，这一小部分的碎屑能够放出这么大的“潜热”吗？ 如果是这样那么金属碎屑要降温3.7万才能达到上述情况。 * 他做出结论：“这些实验所产生的热，不是来自金属的潜热或综合热质．”他在论文的末尾写道：“看来在这些实验中，由摩擦产生热的源泉是不可穷尽的．不待说，任何与外界隔绝的物体或物体系，能够无限制提供出来的东西，决不可能是具体的物质实体；在我看来，在这些实验中被激出来的热，除了把它看做是运动以外，似乎很难把它看做是其他任何东西．” * 　1799年，英国化学家戴维在论文中描述了实验：在一个同周围环境隔离开来的真空容器里，利用钟表机件使里面的29°F的两块冰互相摩擦而熔解为水．他在论文中写道：“如果热是一种物质的话，它一定是从这几种方式之一产生的：或者是由于冰的热容减少，或者是两物体的氧化，或者是从周围的物体吸引了热质．”可是明显的事实是，水的热容比冰的热容大得多，而冰一定要加上一定量的热才能变成水，所以摩擦并没有减少冰的热容．“也不是由于物体氧化引起的，因为冰根本不能吸引氧气．” * 1847 年 6 月，在牛津举行的英国科学促进协会的会议上，焦耳争取到了简单介绍他的必威体育精装版实验的机会。焦耳报告了他用砝码下落带动铜制的翼轮分别搅动水、鲸脑油和水银的实验，分别测得热的机械当量为 781.5 磅码／英热单位，782.1 磅码／英热单位和 787.6 磅码／英热单位。这个报告由于受到当时已很有名气的青年物理学家 W ． 汤姆逊（W．Thomson）从热质说观点提出的质询而引起了人们的注意。后来，焦耳继续进行摩擦生热的实验。 能量守恒与转化定律的建立 1849 年 6 月 21 日，他通过法拉第把论文《论热的机械当量》送交皇家学会。在这篇论文中，焦耳全面地整理了他用摩擦水、水银和铸铁的方法测定热功当量的实验结果，最后得出两个重要结论： “第一，由物体（不论固体或液体）的摩擦所产生的热量总是与所消耗的力之量成正比； 第二，要使 1 磅水（在真空中和 55°F—60°F 时称量）的温度升高1°F，需要消耗相当于使 772 磅的重物下落 1 英尺的机械力。 能量守恒与转化定律的建立 焦耳测定热功当量的工作一直进行到 1878 年，先后采用不同的方法做了四百多次实验，以精确的数据为能量守恒原理提供了无可置疑的实验证明。1850 年，焦耳当选为英国皇家学会会员。 能量守恒与转化定律的建立 四．赫姆霍兹——以理论物理学的模式对定律作出数学论证的第一人 德国年青的科学家赫尔曼·赫姆霍兹（H．He