能量守恒和转化定律与热力学第一定律的建立及其关系.pdfVIP

维普资讯 中 { 学参考 第23060卷7年第4月4期 研 究 生 苑 簇星牙喧和转化定律与热力学第一定律昀建立及其关系 赵重 阳 孙艳乔 陶 洪 (江苏省苏州大学物理学院 215006) 能量守恒和转化定律 ，是人类历经数世纪，总结了力 然而，热质说却成为建立能量守恒和转化定律的最大 学、热学、电学 、磁学、化学、电化学、生物化学等诸多领域， 障碍．热质说(认为热是一种没有质量 ，可以在物体中 自由 特别是经历了力学、电磁学与热力学的多种实验及观察后， 流动的物质)是 18世纪广为流行的解释热的本质的一种错 推导出来的一条适合于整个 自然界的普遍性科学定律．热 误理论．美国物理学家伦福德 (B．Thompson，1753—1814) 力学第一定律表示的是宏观规律 ，是能量转化和守恒定律 于 1789年通过对实验的分析得出 “热质能来源于钻头的运 在热力学范围内的具体应用．本文从两者的建立过程来说 动”，以及英 国化学家戴维 (H．Davy，1778—1829)于 1799 明其关系． 研究了冰棒摩擦实验 ，得出冰吸收的热是由机械运动转化 一 、 能量守恒和转化定律的发现历程 而来．这两个实验打开了热质说的缺 口，为能量守恒和转化 早在 四五十万年以前，人类的祖先就已学会 了“钻木取 定律的发现扫除 了一道障碍．法 国青年军官和工程师萨 火”，即是摩擦取火，也就是把机械运动 (动能)转化为热的 迪 ·卡诺 (S．Carnot，1796—1832)在 1824年分析 了蒸汽机 过程，这其中直接孕育着能量转化的思想．在蒸汽机发明以 中决定热产生机械能的各种因素 ，得出结论 ：热机必须工作 前 ，人类的认识还停留在机械运动的范围内，但在经典力学 于两个热源之间，热从高温热源转移到低温热源时才能做 的建立过程中，人们 已经有了能量守恒的观念．伽利略(G． 功，热机做功的数值与工作物质无关 ，仅仅决定于两个热源 Galileo，1564—1562)在进行落体实验时，已发现物体在下 之间的温度差．但由于卡诺当时相信热质说，因而看不到热 落过程中所达到的速度能使它跳 回到原来的高度，但是不 能和机械能之间的转化及两者总和的守恒关系．后来 ，卡诺 会更高，并用动量 (速度与重量的乘积)作为物体运动的量 放弃了热质说 ，采用唯动理论，于 1830年在笔记本 中明确 度．随后惠更斯 (C．Huygens，1629—1695)和牛顿 (I．New— 提出了热的分子运动论和能量守恒与转化定律，并得出了 ton，1642—1727)接受了伽利略的 “动量”概念，但把它定义 热的机械当量．不幸的是 1832年 8月，卡诺染上 了霍乱去 为速度与质量 的乘积，后来莱布尼茨 (G．Leibniz，1646— 世 ，年仅 36岁，直到 1878年他的部分遗稿才被公布于世， 1716)以 “活力”作为运动的量度，把 “活力”定义为质量与速 人们才知道他的关于能量守恒和转化的思想． 度平方的乘积，并认为宇宙间的 “活力”的总和是守恒的． 先驱者的工作表明，在漫长的历史时期中孕育着有关 1807年托 马斯 ·杨 (T．Young，1773—1829)创造 了 能量守恒和转化的思想．而最终完成能量守恒与转化定律 “能”这个概念来表示活力 ，这为能量守恒和转化定律 的建 的是：德国26岁的青年医生迈尔(