热学发展史.docVIP

第二讲 热学发展史 第一节　早期发展简述 　　热是人类最早发现的一种自然力，是地球上一切生命的源泉。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　—恩格斯 一、温度的定义和热机的研制 　　1、对温度的研究 　　1593年，伽利略利用空气热胀冷缩的性质，制成了温度计的雏形。 　　1702年，阿蒙顿制成空气温度计，但不准确。 　　1724年，荷兰工人华伦海特在他的论文中，建立了华氏温标，首先使用水银代替酒精。 　　1742年瑞典的摄尔修斯定义水的沸点为零度，冰的熔点为100度，后施勒默尔将两个固定点倒过来，建立了摄氏温标。 　　1779年，全世界有温标19种。 　　1854年，开尔文提出开氏温标，得到世界公认。 　　2、热机的发展 　　“蒸汽机是一个真正的国际发明，而这个事实又证实了一个巨大的历史进步。” 　　1695年，法国人巴本第一个发明蒸汽机，但操作不便，不安全。 　　1705年，钮科门和科里制造了新蒸汽机，有一定实用价值，但用水冷却气缸，能量损失很大。 　　1769年，英国技工瓦特改进了钮科门机，加了冷凝器，使机器运作由断续变连续，从而蒸汽机的使用价值大大提高，导致了欧洲的工业革命。 　　1785年，热机被应用于纺织。 　　1807年，热机被美国人富尔顿应用于轮船，1825年被用于火车和铁路。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　瓦特发明的蒸汽机 　　 3、量热学和热传导理论的建立 　　在18世纪前半叶，人们对什么是温度，什么是热量的概念含糊不清，热学要发展，有关热学的一系列概念就需要有科学的定义。 　　经彼得堡院士里赫曼于1744年开始，英国人布拉克和他的学生伊尔文等逐步工作，终于在1780年前后，温度、热量、热容量、潜热等一系列概念都已形成。 　　4、热本性说的争论 　 １）认为热是一种物质，即热质说。 　　　　代表人物：伊壁鸠鲁、付里叶、卡诺。 　　2） 认为热是物体粒子的内部运动。 　　　　代表人物：笛卡尔、胡克、罗蒙诺索夫，伦福德。 　　他们认为：“尽管看不到，也不能否定分子运动是存在的。” 罗蒙诺索夫（1711-1765）：俄国杰出的科学家，唯物主义哲学家，生于俄罗斯一个渔民家庭。1735年在彼得堡科学院学习，1736年到德国留学，1745年任教授，科学院院士，继而任彼得堡大学校长，1755年创办莫斯科大学。 　　在物理学上，他首创了原子——分子论学说，建立了热运动论的学说，提出物质和运动守恒的概念。在化学上，提出了物质不灭定律。 　　另外在哲学、地质学、天文学、大气电学、航海等诸方面都进行过研究，有不少独到的见解。　 第二节　热力学第一定律的建立 一、定律诞生的背景 　　1）为蒸汽机的进一步发展，迫切需要研究热和功的关系，以提高热机效率，适应生产力发展的需要。 　　2）能量转化与守恒思想的萌发 　　俄国的赫斯，1836年：“不论用什么方式完成化合，由此发出的热总是恒定的。” 　　1830年，法国萨迪·卡诺：“准确地说，它既不会创生也不会消灭，实际上，它只改变了它的形式。” 　　但卡诺患了猩红热，脑膜炎，不幸又雪上加霜，患了流行性霍乱，于1832年去世。卡诺的这一思想，在1878年才公开发表，但热力学第一定律已建立了。　 二、确立能量转化与守恒定律的三位科学家 　　　德国的迈尔(1814-1878) 　　迈尔曾是一位随船医生，在一次驶往印度尼西亚的航行中，给生病的船员做手术时，发现血的颜色比温带地区的新鲜红亮，这引起了迈尔的沉思。 　　他认为，食物中含有的化学能，可转化为热能，在热带情况下，机体中燃烧过程减慢，因而留下了较多的氧。迈尔的结论是：“因此力（能量）是不灭的，而是可转化的，不可称量的客体”。 　　迈尔在1841年、1842年撰文发表了他的观点，在1845年的论文中，更明确写道：“无不能生有，有不能变无。” 　　“在死的或活的自然界中，这个力（能）永远处于循环和转化之中。” 　　迈尔是将热学观点用于有机世界研究的第一人。 　　恩格斯对迈尔的工作给予很高的评价。 　　 　　　亥姆霍兹 　　德国科学家，他认为，大自然是统一的，自然力(即能量)是守恒的。 　　1847年，发表著名论文《力的守恒》，把能量概念从机械运动推广到普遍的能量守恒。 　　　焦耳的实验研究 　　焦耳是英国著名的实验物理学家，家境富裕。16岁在名家道尔顿处学习，使他对科学浓厚兴趣。 　　当时电机刚出现，焦耳在1841年发表文章指出:“热量与导体电阻和电流平方成正比。”这就是著名的焦耳——楞次定律。 　　探求热和得到的或失去的机械功之间是否存在一个恒定的比值，又成了焦耳感兴趣的问题。 　　　　　　　　　　　 　　1845年，焦耳为测定机械功和热之间的转换关系，设计了“热功当量实验仪”，并反复改进，反复实验