第四章 经典热学的建立PPT.ppt

第四章 经典热力学基础;§1.热学现象的初期研究;一 蒸汽机的发明 1690年巴本(法国)首先制成带有活塞和汽缸的实验性蒸汽机； 1698年，托马斯?萨维里（英国)制成一具蒸汽水泵； 1705年，托马斯?纽可门（英国)在萨维里和巴本的基础上，研制了一个带有活塞的封闭的圆筒汽缸。是一个广义的把热转变为机械力的原动机，是蒸汽机最早的雏形。但活塞的每次下降都必须将整个汽缸和活塞同时冷却，热量的损失太大。 1769年，詹姆斯?瓦特（法国）改进了纽可门机，把冷凝过程从汽缸内分离出来，即在汽缸外单独加一个冷凝器而使汽缸始终保持在高温状态。 1782年，又制造出了使高压蒸汽轮流的从两端进入汽缸，推动活塞往返运动的蒸汽机，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，导致了欧洲的第一次工业革命。;二 计温学的发展 （一）温度计的设计与制造;（二）测温物质的选择和标准点的确定;高温测量： 荷兰的马森布罗克(Musschenbrock)在1747年利用金属杆的热胀冷缩性质制造了金属温度计； 本世纪八十年代，韦奇武德(J.Wedgwood)用耐火土块随温度的线度变化制成了量度炉温的高温计。 测温物质的寻找，促进了对物体热膨胀的研究。 计温学的发展和完善，也进一步促进了实验热学研究的进展。 各种温度计;据此，1854年，开尔文(威廉.汤姆逊)提出开氏温标，T=272.3 + t。又称热力学温标，它与测温物质的性质无关，即任何测温物质按这种温标定出的温度数值都是一样的。 1954年国际计量大会决定将水的三相点的热力学温度定为273.16K。;四 热本质的认识 1.热质说：热是一种看不见的、无重量的物质 热质的多少和在物体之间的流动就会改变物体热的程度。代表人物：伊壁鸠鲁、卡诺等。热质说对热现象的解释 ：物质温度的变化是吸收或放出热质引起的；热传导是热质的流动；摩擦生热是潜热被挤出来的，特别是瓦特在热质说的指导下改进蒸汽机的成功，都使人们相信热质说是正确的。 2.热是运动的表现 佛兰西斯?培根从摩擦生热得出热是一种膨胀的、被约束的在其斗争中作用于物体的微小粒子的运动。 波义耳认为钉子敲打之后变热，是运动受阻而变热的证明。 笛卡尔认为热是物质粒子的一种旋转运动； 胡克用显微镜观察火花，认为热是物体各个部分非常活跃和极其猛烈的运动；罗蒙诺索夫提出热的根源在于运动等。;3.“热质说”的否定;一.定律诞生的背景（略） 二.确立能量守恒与转化定律的 三位科学家：德国的迈尔和亥姆霍兹，英国的焦耳;1.德国的迈尔 罗伯特?迈尔（Robert Mayer,1814-1878)迈尔，1814出生于德国海尔布隆一个药剂师家庭，1832年进入蒂宾根大学医学系学习，1837年因参加一个秘密学生团体而被捕并被学校开除，1838年完成医学博士学位论文答辩，获医师执照而开始行医。1840年-1841年担任开往东印度的荷兰轮船的随船医生。;热 力 学 第 一 定 律 的 建 立; 1845年写了《与有机运动相联系的新陈代谢》。但这篇文章也被拒绝发表，迈尔只好以小册子的形式自费发行。文中写道：“力的转化与守恒定律是支配宇宙的普遍规律。” 并具体考察了5种不同形式的力： 第一种力：运动的力 第二种力：下落力 第三种力：热。“热力是能够转化为运动的力”。蒸汽机车就是例证。并具体计算了热功当量：气体在定压膨胀时，温度每改变1℃，体积约增大1/274，所以在这个过程中气体对外做的功相当于反抗1.033千克的力移动1/274厘米时的功。即ΔA=1.033×1/27400kgm = 3.78×10-5kgm。 第四种力：磁和电； 第五种力：化学力。;1948年出版了《天体动力学》。 就在这一年，发生了“能量守恒定律”发现优先权的争论。焦耳等英国学者否定其工作，认为他只是预见了在热和功之间存在一定的数值关系，但没有完成热功当量的计算。迈尔则发表文章进行反驳，并指出自己在1842年就已经公布了热和活力的等价性及其数值关系。但英国杂志上只出现批评迈尔的文章，而不刊登迈尔的答辩文章。一部分德国物理学家讥笑他不懂物理，而在此期间他的两个孩子夭折，1848年德国革命时由于他观点保守而被起义者逮捕，致使其于1849年5月跳楼自杀未遂，造成终身残疾，1851年患脑炎被人当作疯子送进疯人院。直到1862年才恢复科学活动。;2.海尔曼?亥姆霍兹(Hermann Helmholtz,1821-1894) 1821年8月31日生于德国波茨坦，1838年考入柏林雷德里克?威廉皇家医学院，以优异成绩于1842年毕业，担任了军医，并开始进行物理学