熱力學第一定律論文（經典范6篇）,熱力學論文

熱力學第一定律論文〔經典范6篇〕,熱力學論文熱力學文章就向大家介紹幾篇討論熱力學之：關于熱力學之：淺談熱力學定律的發(fā)展歷程和其內在邏輯關系內容摘要：熱力學基本定律是研究熱功轉化問題的理論基礎，在認識和學習熱力學基本定律的同時了解熱力學定律的起源和發(fā)展經過，有助于理解熱力學的內涵和精華真髓。本文簡述了熱力學四大定律的起源和發(fā)展歷程，并且從能量的角度，闡述了熱力學定律中內在的邏輯關系。本文關鍵詞語：熱力學定律；熱力學史；邏輯關系；人類對于熱能的利用能夠追溯到遠古時代，我們的祖先利用火來燒烤食物、制造工具、驅逐猛獸、驅寒取暖，這是對于熱能的直接利用。隨著時代的發(fā)展、工業(yè)技術的進步、人類生活生產的需要等因素的推動，人類對于熱能的利用越來越廣泛，從直接利用到間接利用，鍋爐、蒸汽機、內燃機等熱動力設備也應運而出。在科學和技術逐步發(fā)展的經過中，人們也在不斷探尋求索熱現(xiàn)象的本質以及熱功轉化的機制，并從19世紀中葉到20世紀中葉先后建立熱力學四大定律，確定了熱力學是研究能量屬性及其轉換規(guī)律的一門科學。而熱力學史作為一門學科史，其研究的基本對象就是熱力學定律的起源和發(fā)展經過。當前對于熱力學史的研究主要集中于熱力學基本定律的起源與發(fā)展、熱力學相關科學家的生平介紹、熱力學與生活生產的關系等幾個方面。王竹溪[1]教授概述了熱力學發(fā)展的幾個主要階段、熱力學與生活生產的關系以及熱力學發(fā)展和哲學思想的關系。張輝[2]等人扼要概述了經典熱力學在化工生產中的應用及其發(fā)展歷程和存在的局限性。乃比江買提吐米爾[3]等人主要討論熱力學的發(fā)展簡史和熱力學理論與其在熱現(xiàn)象中的應用。本文將簡述熱力學四大定律的起源和發(fā)展歷程，并且從能量的角度闡述了熱力學定律之間的邏輯關系。1熱力學定律發(fā)展史概要17世紀末，歐洲國家的采礦業(yè)迅速發(fā)展，固然煤炭儲量不少，但都儲存于地下水位之下，當時人們使用的抽水機不能夠解決煤礦滲水的問題?，F(xiàn)實的需要導致了蒸汽機的發(fā)明。1698年英國人薩弗里〔ThomasSavery,1650~1715〕首先發(fā)明了利用水蒸氣來汲水的蒸汽泵。1712年英國人紐科門〔ThomasNewcomen,1663~1729〕發(fā)明了帶活塞裝置的大氣式蒸汽機。1763年英國的機械師瓦特〔JamesWatt,1736~1819〕在紐科門發(fā)明的基礎上，將冷凝器和汽缸分離開，減少了冷凝損失，提高了熱機的熱效率。但是紐科門、瓦特等人對于熱機效率的改良只是基于試驗，沒有科學的理論基礎，首先觸及熱機效率本質研究的是一位來自法國的科學家薩迪卡諾[4]〔SadiCarnot,1796~1832〕。1824年卡諾在其發(fā)表的(談談火的動力和能發(fā)動這種動力的機器〕一文中，提出了理想熱機的可逆循環(huán)和卡諾定理。他以為熱機必須工作于兩個熱源之間，并且在功的產生經過中，必定有一部分熱從高溫熱源傳遞到了低溫熱源。同時，卡諾還提出了理想熱機的熱效率極限值，這一觀點為熱功轉化的極限問題提供了理論根據(jù)。但當時卡諾的研究并沒有引起學界的廣泛重視，直到熱功當量被證實之后，學界才意識到卡諾的研究其實已經觸及到了熱力學第二定律的核心。19世紀上半葉，科學的發(fā)展迎來了波濤壯闊的五十年?？茖W家們在機械運動領域、電磁學領域、熱力學領域的研究都有很大的進展。1807年，英國科學家托馬斯揚〔ThomasYoung,1773~1829〕初次提出了能量的概念。1843年英國物理學家焦耳〔JamesPrescottJoule,1818~1889〕提出了測量熱功當量的方式方法。他利用重物作功使受壓的水通過管的小孔噴出，因此使管口加熱，此方式方法測得熱功當量為770磅/卡。熱功當量的證實極大推進了熱力學的發(fā)展。1850年德國物理學家克勞修斯[5]〔RudolfClausius,1822~1888〕在其發(fā)表的(論熱的移動力及可能由此得出的熱定律中〕一文中。以焦耳的熱功當量為實驗基礎，提出了熱力學第一定律。同時克勞修斯在卡諾觀點的基礎上研究了能量轉換的極限和方向問題，提出了熱力學第二定律。隨后的1851年，英國科學家開爾文勛爵〔WilliamThomson,1824~1907〕在其發(fā)表的論文中也同時提出了熱力學第一和第二定律。1853年，英國科學家朗肯〔Rankine,1820~1872年〕把能量的概念運用到機械運動分析中提出了機械能守恒定律。緊接著1856年，開爾文勛爵以朗肯提出的機械能守恒定律為突破口，揭示了機械能與熱能、電磁能、化學能等之間的轉化關系，并最終提出能量守恒定律。20世紀初，科學界正經歷著宏大的變革和發(fā)展，量子力學的出現(xiàn)使得物理學的研究進入到了微觀粒子的范疇。熱力學也因而進入到了以微觀粒子為視角的統(tǒng)計熱力學領域。1906年德國科學家能斯特〔WaltherNernst,1864~1941〕根據(jù)實驗發(fā)現(xiàn)，化學反響溫度越低，恒溫反響熵變越小。因而他推論出在溫度趨于絕對零度時，等溫反響經過中體系的熵值不變。1912年，能斯特又提出絕對零度不可能到達原理：不可能使一個物體冷卻到絕對溫度的零度。絕對零度不可到達原理也被稱為熱力學第三定律。1939年，英國物理學家拉爾夫福勒〔RalphHowardFowler,1889~1944〕在其著作(統(tǒng)計熱力學〕中具體的研究了統(tǒng)計力學的平衡態(tài)理論和熱力學之間的聯(lián)絡。并初次提出了熱力學第零定律的表述：假如兩個熱力學系統(tǒng)中的每一個都與第三個熱力學系統(tǒng)處于熱平衡，則它們相互也必定處于熱平衡。2熱力學定律的內在邏輯關系熱力學基本定律構成了熱力學的理論基礎。本文提出了一種觀點，從能量的角度揭示了熱力學四大基本定律之間的邏輯關系。熱力學第一定律是能量守恒定律，在熱功當量和分子運動論的基礎上定義了內能的概念，指出在熱功轉化經過中應遵守能量守恒定律。熱力學第二定律可理解為能質損耗定律，定義了熵的概念。熱功轉化應遵守能量守恒原理，但熱量不能百分之百的轉化為功量，熱和功是兩種不同檔次的能量，在它們互相轉化的時候，存在一定的損耗，這種損耗的程度被定義為熵。熱力學第三定律能夠被稱為能量最大定律，熱三律定義了絕對零度的概念。熱二律表示清楚，熱功轉換經過中一定存在損耗，那么此損耗的起點在什么地方呢？能斯特定義了絕對零度為損耗發(fā)生的起點，即在絕對零度時無損耗發(fā)生，熱能夠百分之百轉化為功，此時系統(tǒng)的熵為零，系統(tǒng)分子表現(xiàn)為最大程度的有序狀態(tài)，但同時能斯特又指出了絕對零度是不能到達的，即熱不能百分之百的轉化為功。最后，熱力學第零定律可理解為能量表現(xiàn)定律，熱零律定義了溫度的概念，故熱零律又被稱作測溫根據(jù)。宏觀上溫度的變化表現(xiàn)為系統(tǒng)能量的改變，即可能是做功可以能是熱傳遞；微觀上溫度的變化是系統(tǒng)分子熱運動劇烈程度的外在表現(xiàn)形式。熱一、熱二、熱三律都和溫度有著密切的聯(lián)絡，但那時并沒有人去定義什么是溫度，故在熱三律提出之后，科學家以為溫度這一概念的提出是熱力學理論的基礎，故將其稱作熱力學第零定律。3結論英國科學家查爾斯珀西斯諾〔C.P.Snow,1905~1980〕在(兩種文化與科學革命〕一書中寫道：一位對熱力學一無所知的人文學者和一位對莎士比亞一無所知的科學家同樣糟糕.熱力學在其三百多年的發(fā)展歷程中，已經構成了一套完好的理論體系。并且隨著工業(yè)的發(fā)展和科學技術的進步，熱力學的研究范圍已經牽涉動力引擎、能源化工、航空航天、低溫制冷等各個領域，然而地球上的礦物資源畢竟有限，怎樣提高熱能的利用效率，仍將是一個世界性的學術問題，所以熱力學的發(fā)展也并不會停止，人類對于熱力學的深切進入研究也仍在繼續(xù)。以下為參考文獻[1]王竹溪。熱力學發(fā)展史概要[J].物理通報，1962〔4〕:145-151.[2]張輝，劉德磊，曾莉莉，等。經典熱力學發(fā)展概述[J].廣州化工，2020,40〔2〕:26-28.[3]乃比江買提吐米爾，買熱木尼沙庫爾班。熱力學發(fā)展簡史研究[J].和田師范?？茖W校學報，2006〔1〕:172-173.[4]袁運開，戚越然。薩迪卡諾--熱力學的奠基者[J].自然雜志，1983〔7〕:545-