迈尔 物理学家简介 幻灯片课件.ppt

* 迈　尔 　　迈尔（ Julius Robert Mayer，1814～1878）德国医生，物理学家，热力学的先驱，能量守恒定律的发现者之一。迈尔1814年11月25日生于符腾堡的海尔布隆。曾就学于蒂宾根大学医学系，1838年获医学博士学位，毕业后在巴黎行医。 　　18世纪末19世纪前半叶，自然科学上完成的一系列重大发现，广泛地揭示出自然界的各种运动之间的普遍联系和转化，使得这一时期的科学家们力图在“自然力的统一”的哲学思想指导下来研究各种运动。而且由于工业革命伴随生产技术的进步和发展，为能量守恒定律的发现创造了物质条件。在这种背景下，从1837年开始的10年内，西欧的四、五个国家，从事七、八种专业的10多位科学家分别通过不同的途径各自独立地发现了能量守恒定律。其中最突出的是迈尔、焦耳和亥姆霍兹三人。迈尔作为一个医生，受当时自然科学和生产技术发展的影响，在自然哲学思想的指导下，从动物的新陈代谢活动和能量的关系开始研究能量守恒定律。 1840年2月到1841年2月，迈尔作为船医远航到印度尼西亚。在航行中他从考察人体消耗食物化学能与热能的等价性受到启发，去探索热和机械功的关系。航行结束后，他将自己的发现写成《论力的量和质的测定》一文，文中指出“力”（即能）是自然界运动变化的原因，而因等于果，所以“力”在量上是不灭的，只是质（即形式）发生变化。由于他的观点新颖又缺少精确的实验论证，不易被人接受，并且存在用质量和速度的积来表示“运动力”（即动能）的缺陷，论文没能发表（直到1881年他逝世后才发表）。迈尔很快觉察到了这篇论文的缺陷，并且发奋进一步学习数学和物理学。在此基础上于1842年发表了《论无机性质的力》的论文。他从“无不生有，有不变无”和“原因等于结果”的观念出发，表述了物理、化学过程中各种力（能）的转化和守恒的思想。论证了“力（能）是不可灭的、可转化的、无重量的客体”。他指出，落体力（重力势能）可转化为运动，运动一消失就转化为热，而蒸汽机则把热转化为功。 他利用比定压热容与比定容热容之差计算出了不同力（能）之间的当量关系，他的热功当量的计算方法实际上就是公式 ，因而称之为迈尔公式。由上可见，迈尔是历史上第一个提出能量守恒定律并计算出热功当量的人。但1842年发表的这篇科学杰作当时未受到重视。以后焦耳、亥姆霍兹等人又各自独立地发现了能量守恒定律。 　　1845年迈尔自费出版了《论有机体的运动与物质代谢关系》的论文，进一步地发展了他的学说。他首先肯定，力（能）的转化与守恒定律是支配宇宙的普遍规律。然后具体地考察了几种不同形式的力（能），运动力（动能）、落体力（重力势能）热、磁和电、化学力（某些物质的化合与分解）的相互转化，并把他所考察的全部力（能）画成一个表，描绘了能量相互转化的25种情况。从这个表作出了否认热质和其他无重量的流质的结论。文章第二部分指出太阳能是地球上能量的来源，并论证了有机界和无机界力（能）的统一性；植物吸收了太阳能，把它转化为化学能。动物摄取植物， 通过氧化把化学能转化为热和机械能。肌肉只是转化能量的工具，它本身在运动中并没有消耗。所以迈尔也是第一个把能量转化概念应用于生物学现象的人，是生物物理学的先驱。他还用类比方法分析了人体肌肉活动，指出运动神经犹如轮船中的舵手，起着控制的作用；新陈代谢提供了能量，犹如轮船中煤的燃烧。这接近于生物学研究中控制论思想的萌芽。可惜这篇论文当时并未得到科学界的重视。 　　1848年迈尔又出版了《通俗天体力学》一书，将他的热功理论运用到宇宙，讨论了宇宙中的能量循环，解释了陨石发光是由于它们在大气中损失了动能，并运用能量守恒定律解释了潮汐的涨落。 　　迈尔注重科学以理服人。马赫回忆说：有一次在海德尔堡和迈尔仓促相遇时，约利稍带嘲讽地说，如果迈尔的理论是正确的话，水就能够被晃动而加热。迈尔没有答一句话就走了。几个星期以后，……他跑到约利那里喊道： ‘正是那样！正是那样！’只有在经过很多的说明以后，约利才明白迈尔说话的意思。” 　　迈尔一生屡遭挫折。他从行医开始转而研究物理学，通过无数的艰辛取得的杰出成果，却长期被埋没，得不到应有的承认，甚至受到粗暴的、侮辱性的攻击。这使他精神上受到很大刺激，加上1846～1848年间他的3个孩子相继夭亡，他于1849年5月28日跳楼自杀，幸免于死。康复后成了一个跛子，留下终生残疾。但他仍以顽强的精神坚持能量守恒问题的研究，于1851年出版了《论热的机械当量》一书，详细地总结了他的工作，并且很有分寸地保护自己发现能量守恒定律的优先权：“我深信焦耳发现了热和力。但并不知道我的发现；我承认，这位著名物理学家贡献很多，令我非常尊敬；但我仍然认为我有充分理由重申，热能和动力的当量定律及其数量表述是我首先宣布的（1842年）。” 　 *