江蘇啟東中學(xué)高三物理校本課程物理學(xué)史：熱學(xué)

第六講熱學(xué)發(fā)展史第一節(jié)早期發(fā)展簡述熱是人類最早發(fā)現(xiàn)的一種自然力，是地球上一切生命的源泉?！鞲袼挂弧囟鹊亩x和熱機的研制.對溫度的研究1593年，伽利略利用空氣熱脹冷縮的性質(zhì)，制成了溫度計的雛形。1702年，阿蒙頓制成空氣溫度計，但不準確。1724年，荷蘭工人華倫海特在他的論文中，建立了華氏溫標，首先使用水銀代替酒精。1742年瑞典的攝爾修斯定義水的沸點為零度，冰的熔點為100度，后施勒默爾將兩個固定點倒過來，建立了攝氏溫標。1779年，全世界有溫標19種。1854年，開爾文提出開氏溫標，得到世界公認。.熱機的發(fā)展“蒸汽機是一個真正的國際發(fā)明，而這個事實又證實了一個巨大的歷史進-LB，，/步01695年，法國人巴本第一個發(fā)明蒸汽機，但操作不便，不安全。1705年，鈕科門和科里制造了新蒸汽機，有一定實用價值，但用水冷卻氣缸，能量損失很大。1769年，英國技工瓦特改進了鈕科門機，加了冷凝器，使機器運作由斷續(xù)變連續(xù)，從而蒸汽機的使用價值大大提高，導(dǎo)致了歐洲的工業(yè)革命。1785年，熱機被應(yīng)用于紡織。

1807年，熱機被美國人富爾頓應(yīng)用于輪船，1825年被用于火車和鐵路。瓦特發(fā)明的蒸汽機1807年，熱機被美國人富爾頓應(yīng)用于輪船，1825年被用于火車和鐵路。瓦特發(fā)明的蒸汽機在18世紀前半葉，人們對什么是溫度，什么是熱量的概念含糊不清，熱學(xué)要發(fā)展，有關(guān)熱學(xué)的一系列概念就需要有科學(xué)的定義。經(jīng)彼得堡院士里赫曼于1744年開始，英國人布拉克和他的學(xué)生伊爾文等逐步工作，終于在1780年前后，溫度、熱量、熱容量、潛熱等一系列概念都已形成。.熱本性說的爭論1）認為熱是一種物質(zhì)，即熱質(zhì)說。代表人物：伊壁鳩魯、付里葉、卡諾。2）認為熱是物體粒子的內(nèi)部運動。代表人物：笛卡爾、胡克、羅蒙諾索夫，倫福德。倫福情隼他們認為：“盡管看不到，也不能否定分子運動是存在的。”倫福情隼第二節(jié)熱力學(xué)第一定律的建立一、定律誕生的背景1）為蒸汽機的進一步發(fā)展，迫切需要研究熱和功的關(guān)系，以提高熱機效率，適應(yīng)生產(chǎn)力發(fā)展的需要。2）能量轉(zhuǎn)化與守恒思想的萌發(fā)俄國的赫斯，1836年：“不論用什么方式完成化合，由此發(fā)出的熱總是恒定的?！?830年，法國薩迪?卡諾：“準確地說，它既不會創(chuàng)生也不會消滅，實際上，它只改變了它的形式?！钡ㄖZ患了猩紅熱，腦膜炎，不幸又雪上加霜，患了流行性霍亂，于1832年去世?？ㄖZ的這一思想，在1878年才公開發(fā)表，但熱力學(xué)第一定律已建立了。能德國的邁爾能德國的邁爾（1814-1878）邁爾曾是一位隨船醫(yī)生，在一次駛往印度尼西亞的航行中，給生病的船員做手術(shù)時，發(fā)現(xiàn)血的顏色比溫帶地區(qū)的新鮮紅亮，這引起了邁爾的沉思。他認為，食物中含有的化學(xué)能，可轉(zhuǎn)化為熱能，在熱帶情況下，機體中燃燒過程減慢，因而留下了較多的氧。邁爾的結(jié)論是：“因此力（能量）是不滅的，而是可轉(zhuǎn)化的，不可稱量的客體”。邁爾在1841年、1842年撰文發(fā)表了他的觀點，在1845年的論文中，更明確寫道：“無不能生有，有不能變無。”“在死的或活的自然界中，這個力（能）永遠處于循環(huán)和轉(zhuǎn)化之中?！?/p>

邁爾是將熱學(xué)觀點用于有機世界研究的第一人。恩格斯對邁爾的工作給予很高的評價。心亥姆霍茲德國科學(xué)家，他認為，大自然是統(tǒng)一的，自然力（即能量）是守恒的。1847年，發(fā)表著名論文《力的守恒》，把能量概念從機械運動推廣到普遍的能量守恒。＞焦耳的實驗研究焦耳是英國著名的實驗物理學(xué)家，家境富裕。16歲在名家道爾頓處學(xué)習(xí)，使他對科學(xué)濃厚興趣。當時電機剛出現(xiàn)，焦耳在1841年發(fā)表文章指出:“熱量與導(dǎo)體電阻和電流平方成正比?！边@就是著名的焦耳——楞次定律。探求熱和得到的或失去的機械功之間是否存在一個恒定的比值，又成了焦耳感興趣的問題。1845年，焦耳為測定機械功和熱之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，設(shè)計了“熱功當量實驗儀”，并反復(fù)改進，反復(fù)實驗。1849年發(fā)表《論熱功當量》。1878年發(fā)表《熱功當量的新測定》，最后得到的數(shù)值為423.85公斤?米/千卡。焦耳測熱功當量用了三十多年，實驗了400多次，付出大量的辛勤勞動。>能量守恒和轉(zhuǎn)化定律是自然界基本規(guī)律，恩格斯曾將它和進化論、細胞學(xué)說并列為三大發(fā)現(xiàn)。一熱力學(xué)第一定律建立的成因1）理論——邁爾邁爾是明確提出“無不能生有”，“有不能變無”的能量守恒與轉(zhuǎn)化思想的第一人。而這理論正是建立熱力學(xué)第一定律的基礎(chǔ)。2）實驗——焦耳由于焦耳精心嚴謹?shù)剡M行了熱功當量測定等一系列實驗，奠定了熱力學(xué)第一定律的實驗基礎(chǔ)，得到了人們的認同。3）一批科學(xué)家的不懈努力亥姆霍茲將能量守恒定律第一次以數(shù)學(xué)形式提出來，而卡諾、賽貝等人也都有過這方面的見解。4）說明了客觀條件成熟，相應(yīng)的自然規(guī)律一定會發(fā)現(xiàn)。>熱力學(xué)第二定律的建立：在實際情況中，并不是所有滿足熱力學(xué)第一定律的過程都能實現(xiàn)，比如熱不會自動地由低溫傳向高溫，過程具有方向性。這就導(dǎo)致了熱力學(xué)第二定律的出臺。克勞修斯、開爾文、玻爾茲曼等科學(xué)家為此做了重要貢獻。1917年，能斯特進一步提出“絕對零度是不可能達到的”熱力學(xué)第三定律。第三節(jié)分子運動論的發(fā)展一、早期的分子運動論1）德莫克里特（公元前460-前371）：認為物質(zhì)皆由各種不同微粒組成。2）1658年，伽桑狄提出，物質(zhì)是由分子構(gòu)成的。

二、克勞修斯的理想氣體分子模型1857年發(fā)表《論熱運動的類型》的文章，，以十分明晰和信服的推理，建立了理想氣體分子模型和壓強公式，引入了平均自由程的概念。三、麥克斯韋的貢獻1860年，麥克斯韋發(fā)表了《氣體動力論的說明》，第一次用概率的思想，建立了麥克斯韋分子速率分布律。三、麥克斯韋的貢獻1860年，麥克斯韋發(fā)表了《氣體動力論的說明》，第一次用概率的思想，建立了麥克斯韋分子速率分布律。四、玻爾茲曼的工作在麥氏速率分布率的基礎(chǔ)上，第一次考慮了重力對分子運動的影響，建立了更全面的玻爾茲曼分布律，建立了知名過程方向性的玻爾茲曼H