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能量守恒的发展与历史

内世界是由运动的物质组成的，物质的运动形式多种多样,并在不断相互转化正是在研究

运动形式转化的过程中，人们逐渐建立起了功和能的概念能是物质运动的普遍量度,而功是能

量变化的量度。

这种说法概括了功和能的本质，但哲学味道浓了一些在物理学中，从19世纪中叶产生的

能量定义：“能量是物体做功的本领”,一直延用至今但近年来不论在国外还是国内,物理教

育界却对这个定义是否妥当展开过争论于是许多物理教材,例如现行的中学教材,都不给出能

量的一般定义，而是根据上述定义的思想，即物体在某一状态下的能量，是物体由这个状态

出发，尽其所能做出的功来给出各种具体的能量形式的操作定义(用量度方法代替定义）。

能量概念的形成和早期发展，始终是和能量守恒定律的建立过程紧密相关的由于对机械

能、内能、电能、化学能、生物能等具体能量形式认识的发展，以及它们之间都能以一定的

数量关系相互转化的逐渐被发现,才使能量守恒定律得以建立这是一段以百年计的漫长历史过

程随着科学的发展，许多重大的新物理现象，如物质的放射性、核结构与核能、各种基本粒

子等被发现，都只是给证明这一伟大定律的正确性提供了更丰富的事实尽管有些现象在发现

的当时似乎形成了对这一定律的冲击，但最后仍以这一定律的完全胜利而告终。

能量守恒定律的发现告诉我们，尽管物质世界千变万化，但这种变化决不是没有约束

的，最基本的约束就是守恒律也就是说，一切运动变化无论属于什么样的物质形式,反映什么

样的物质特性，服从什么样的特定规律，都要满足一定的守恒律物理学中的能量、动量和角

动量守恒,就是物理运动所必须服从的最基本的规律与之相较，牛顿运动定律、麦克斯韦方程

组等都低了一个层次。

1定律的经验性表述—-永动机是不可能造成的(1475～1824)

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很早以前，人类就开始利用自然力为自已服务，大约到了十三世纪，开始萌发了制造永动

机的愿望。到了十五世纪，伟大的艺术家、科学家和工程师达•芬奇（Leonard•do•Vinci

1452～1519)，也投入了永动机的研究工作。他曾设计过一台非常巧妙的水动机,但造出来后

它并没永动下去。1475年，达•芬奇认真总结了历史上的和自己的失败教训,得出了一个重要

结论：“永动机是不可能造成的。”在工作中他还认识到，机器之所以不能永动下去，应与

摩擦有关.于是，他对摩擦进行了深入而有成效的研究。但是，达•芬奇始终没有，也不可能

对摩擦为什么会阻碍机器运动作出科学解释，即他不可能意识到摩擦（机械运动）与热现象

之间转化的本质联系。

此后，虽然人们还是致力于永动机的研制，但也有一部分科学工作者相继得出了“永动

机是不可能造成的”结论，并把它作为一条重要原理用于科学研究之中。荷兰的数学力学家

斯台文(SimonStevin1548~1620)，于1586年运用这一原理通过对“斯台文链”的分析,率先

引出了力的平行四边形定则。伽俐略在论证惯性定律时也应用过这一原理。

尽管原理的运用已取得了如此显著的成绩,但人们研制永动机的热情不减。惠更斯（C•

Huygens1629～1695）在他1673年出版的《摆式时钟》一书中就反映了这种观点。书中,他把

伽俐略关于斜面运动的研究成果运用于曲线运动,从而得出结论：在重力作用下，物体绕水平

轴转动时，其质心不会上升到它下落时的高度之上。因而，他得出用力学方法不可能制成永

动机的结论；但他却认为用磁石大概还是能造出永动机来的。针对这种情况，1775年，巴黎

科学院不得不宣布：不再受理关于永动机的发明。

历史上，运用“永动机是不可能制成”的这一原理在科研上取得最辉煌成就的是法国青

年科学家卡诺（sadiCarnot1796～1832）.1824年,他将该原理与热质说结合推出了著名的

“卡诺定理。定理为提高热机效率指明了方向,也为热力学第二定律的提出奠定了基础.但这

里要特别强调的是，卡诺虽然将永动机不能造成的原理运用于热机，但他的思想方法还是

“机械的”。他在论证时将热从高温热源向低温热源的流动同水从高处向低处流动类比,认为

热推动热机作功就像水推动水轮机作功一样,水和热在流动中并无任何损失.

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