热学发展简史.doc

目 录 热学发展史热学发展史热学发展史实际上就是热力学和统计物理学的发展史，可以划分为四个时期。 第一个时期，实质上是热学的早期史，开始于17世纪末直到19世纪中叶，这个时期积累了大量的实验和观察事实。关于热的本性展开了研究和争论，为热力学理论的建立作了准备，在19世纪前半叶出现的热机理论和热功相当原理已经包含了热力学的基本思想。 第二时期从19世纪中叶到19世纪70年代末。这个时期发展了唯象热力学和分子运动论。这些理论的诞生直接与热功相当原理有关。热功相当原理奠定了热力学第一定律的基础。它和卡诺理论结合，导致了热力学第二定律的形成。热功相当原理跟微粒说(唯动说)结合则导致了分子运动论的建立。而在这段时期内唯象热力学和分子运动论的发展还是彼此隔绝的。 第三时期内唯象热力学的概念和分子运动论的概念结合的结果，最终导致了统计热力学的产生。它开始于19世纪70年代末波兹曼的经典工作，止于20世纪初。这时出现了吉布斯在统计力学方面的基础工作。 从20世纪30年代起，热力学和统计物理学进入了第四个时期，这个时期内出现了量子统计物理学和非平衡态理论，形成了现代理论物理学最重要的一个部门。 ·早期：钻木取火。秦李冰父子利用岩石加热再骤冷会裂开的技术开凿都江堰。 ·十七世纪：伽立略制造气体温度计。 ·1662年：波以耳发现定温时，定量气体的压力与体积成反比。 ·十八世纪：摄氏及华氏温标建立。 ·1781年：查理发现气体在定压下体积会随温度改变。 ·十九世纪：焦耳证明热是能量的另一种形式。 ·十九世纪：热力学三大定律。 ·十九世纪：气体动力论。 对于冷和热的认识 温度是热学中极为重要的一个概念，通常表示物体冷热的程度。我国古代就已经认识到较冷的物体和较热的物体之间的区别，开始掌握了降温术和高温术。在烧制陶器和冶炼过程中，工匠凭“火候”、火的颜色，来定性地判断温度的高低。《淮南子》中曾记载“见瓶中之冰而知天下的寒暑”，表明已能从水的物态变化来判断气温的高低。西周初期，古人已经将冬季的天然冰，在春夏时，用来冷藏食物和保存尸体。由于冶炼业的发展，古人已经掌握了获得高温（摄氏千度以上）和利用高温的技术。 宋代，已有制造保温器的记载，其中最精彩的当推“伊阳古瓶”。南宋洪迈（1123—1202）的《夷坚甲志》中写道：“张虞卿者文定公齐贤裔孙，居西京伊阳县小水镇，得古瓦瓶于土中，色甚黑，颇爱之。置书室养花，方冬极寒，一夕忘去水，意为冻裂，明日视之，凡他物有水者皆冻，独此瓶不然。异之，试之以汤，终日不冷。张或为客出郊，置瓶于箧，倾水沦（yu¨）茗，皆如新沸者。自是始知秘，惜后为醉仆触碎。视其中，与常陶器等，但夹底厚二寸。有鬼热火以燎，刻画甚精。无人能识其为何时物也。”这实际上是最早的保温瓶，其原因是有夹底，防止了热传导。 对水的物态变化的认识 露、霜、雨、雪与生活、农业生产息息相关，所以我国古代对此早有认识。在周代的《诗经》里，就有“白露为霜”的诗句，表明古人已认识到霜是白色的固态的露。对雨、雪的形成问题在古籍中也有记载，如战国时期的《庄子》一书中就有“积水上腾”的提法，表示水受热蒸发成水气而上升，指出了降雨的前提条件。 对露、霜、雨、雪和温度的关系，王充在《论衡》的《说日篇》中已有记载：“云雾，雨之微也，夏则为露，冬则为霜，温则为雨，寒则为雪。雨露冻凝者，皆由地发，不从天降也。”并在《感虚篇》中还进一步说明：“夫云出于丘山，降散则为雨矣。人见其上而坠，则谓之天雨水也。夏日则雨水，冬日天寒则雨凝而为雪，皆由云气发于丘山，不从天上降集于地，明矣。”并认为“寒不累时则霜不降，温不兼日则冰不释。”由此可见，王充对露、霜、雨、雪的认识，比较正确地反映了自然界中的热现象和物态变化，并认为物态变化与热量的积蓄有关。 关于露、霜的成因，东汉蔡邕曾明白地指出：“露，阴液也。释为露，凝为霜。”这里的“阴液”就是水液的意思。在《五经通义》中也认为，霜是“寒气凝结”出来的，是在地面上形成的，并非从天空中降下来的。了解了霜的成因后，人们就想办法来对付它。农业生产中如何防霜在古籍中也早有记载，如北魏时期的贾思勰撰写的《齐民要术》中就有记载：“天雨新晴，北风寒沏，其夜必有霜。此时放火作■（yūn），少得烟气，则免于霜矣。”这是很合乎物态变化道理的。表明为了防霜，烧些柴草，使之成为没有火焰的烟堆（“■”），其作用之一是提高地面附近的气温，作用之二是使地面蒙上一层薄薄的烟尘，起到隔热作用，这样就可以防止霜冻了。 对热的本性的认识 热是什么？殷商时期形成的“五行说”中，就把火看成是构成宇宙万物的基本元素之一。在古代，人们往往把火和热等同起来。墨家则认为，火是包含在木里面的，“火”元素离开木，木便燃烧起来（“火离，然。”），这种观点很像18世纪初流行于西方的燃素