热力学第一定律建立.docVIP

热力学第一定律的建立 历史背景 热力学第一定律，表示系统从外界吸收的热量一部分用于增加系统的内能（），另一部分用于系统对外界作功（）。它也可以被看作是能量守恒定律在涉及宏观热现象过程中的具体表述，阐述它的建立就应从能量守恒定律的建立开始。 能量守恒定律的建立是科学史上继牛顿力学之后又一次伟大的综合，它的发现是科学史上激动人心的一页。19世纪40年代以前，自然科学的发展为能量守恒定律的发现奠定了多方面的基础。 力学的发展为能量守恒定律的建立准备了所必须的基本概念。随着动力学的发展，17世纪中期曾发生了一场关于运动量度的争论。其中德国科学家、哲学家莱布尼茨（F.von Leibniz，1646—1716R.Descartes，1596—1650称为“活力”，并断言宇宙中真正守恒的量是活力。不过，“活力”这个概念在18世纪是被当作一个形而上学的概念使用的，所以在实际的力学问题和关于机械效能的讨论中，人们更多地是采用力与路程的乘积这个更具力学直观性的物理量。1782年，L.卡诺（L.Carnot，1753—1823G.G.Coriolis，1792—1843，因为这样一来，它在数值上就会等于它所能作的功，这就是现在所说的动能。法国工程师彭塞利（J.V.Poncelet，1788出版的《工程机械学导论》中，明确地推荐了“功”这一术语，并定出它的单位。1807年，英国物理学家托马斯·杨（T.Young，瑞士数学家D.伯努利（D.Bernoulli，1700，他的学生欧拉（L.Euler，1707—1783。1834年，英国物理学家哈密顿 （W.R.Hamilton，1805—186519世纪40年代，“势”的概念得到了普遍的应用。 18世纪末到19世纪初，自然科学上的一系列发现揭示了各种自然现象之间存在着普遍联系和相互转化。古代早已发现的摩擦生热现象，直接表明了机械运动向热运动的转化。18世纪末，英籍物理学家伦福德（C.Rumford，即Benjamin Thompson，1753—1814）和戴维（H.Davy，1778—1829L.Galvani，1737—1798A.Volta，1745制成了“伏打电堆”，这是化学运动向电的转化。1821年，德国物理学家塞贝克（T.J.Seebeck）将铜导线与铋导线连成一个回路，用手握住一个结点使两结点之间出现了温差，他发现了导线上出现了电流。用冷却一个结点的方法可以产生同样的效应，这就是“温差电”现象，是热与电之间的转化。古人早已发现的摩擦生电的现象，是机械运动转化为电的过程。1821年，法拉第制成“电磁旋转器”则是电流产生机械运动的过程。1820年，丹麦物理学家奥斯特（H.C.Oersted，1777法拉第关于电磁感应现象的发现则是电与磁之间的联系与转化。这些发现都从不同侧面揭示出各种自然现象之间的联系和转化。 这些发现在哲学上也得到了反映。德国哲学家黑格尔（C.F.W.Hegel，1770—1831（.F.W.J.von Schelling，1775—1854 发现能量守恒定律还与永动机不能实现相联系。很早以来，不少有创造才能的人，付出了大量的智慧与劳动，企图制造出一种理想的机械：它在不消耗任何燃料和动力的情况下，能不断地进行有效的工作。但是都没有成功。列奥那多敏锐地得出结论，永动机是不可能实现的。16世纪以后，人们又提出过各种各样的永动机设计方案，但在科学的严格审查和实践无情检验下，都一一失败了。以至法国科学院于1775年针对越来越多的投送审查的永动机设计方案发表声明，不再审查有关永动机的任何设计。形形色色的永动机设计方案的失败，从反面启示人们，自然界可能存在着某种规律，制约着人们无论用什么方法，都不可能不付出代价地制造出可供利用的有效动力。 正是在这样的背景下，迈耶、焦耳和亥姆霍兹分别从哲学性的理性思维、与机械效率的探讨相联系的物理实验以及在力学基础上进行的理论论证的途径，为能量守恒定律的建立作出了奠基性的贡献。 建立过程 迈耶（Robert Mayer，1814他在一艘从荷兰驶往印度尼西亚的船上做随船医生。在给生病的船员治病时，他发现从患肺炎的船员静脉血管中抽出的血比欧洲时红一些，像动脉血那样鲜红。他还听船员讲暴风雨后海水比较热，这些现象引起了迈耶的思考。他想到在热带高温的情况下，人体只需吸收食物中较少的热量就够了，食物的氧化过程的减弱，使静脉血中留下吸入了较多的氧，血的颜色就比在欧洲时鲜红一些。迈耶由此认识到了氧耗与能耗之间的平衡关系，即人体的热消耗和所完成的体力劳动之和，与体内食物的营养品的氧化取得平衡。 1840年9月末航行结束后，迈耶在给朋友的信中将化学中