普通物理：热学.ppt

普通物理－－热学

学习这门课可以带给我们

什么样的认识？

•热学的由来以及对人类生活的改变：

•热学的内容

•学习方法

•学习时间安排及推荐书目

普通物理－－热学

热物理学（thermalphysics）是

研究有关物质热运动以及与热现象的

科学。

普通物理－－热学

热学的发展历史

手持火把

甲骨文：火

甲骨文：热

火的利用

青铜器

钻木取火

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膨胀、蒸发、熔化

与热的物质接触

与冷的物质接触收缩、凝固

热胀冷缩——测温技术

伽利略空气温度计（16世纪）

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•这个时期累积了大量的实验和观察结果，

并制造出了蒸汽机，对热的本质展开了

研究和争论，为热力学理论的建立做好

了准备。

热学的萌芽期

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从十八世纪开始，热机发展极大的促进了热学的发展。

瓦特早期蒸汽机

•首先德国斯塔尔（GeorgErnstStahl1660-1734）

教授提出热是一种燃素，后来荷兰波哈维

（HermannBoerhaave）教授甚至说热是一种物质。

•虽然热是一种物质的说法不正确，但波哈维教授

把华氏40度的冷水与同质量华氏80度的热水相混

而得华氏60度的水，却隐约地得到热量守恒的一

个简单定则；不过对于不同质量，甚至不同物质

的冷热物体的混合，他就难以解释了。

人们长久以来对温度和热量的概念混淆不清多数

人以为物体冷热的程度代表着物体所含热的多寡。

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•另一类的人如虎克，认为热是物质各部分

激烈的运动，牛顿也认为热是粒子的运动。

•1789年出生于美国后到英国又到德国而受封的伦福伯爵

（CountRumford）（原名BenjaminThompson）在慕尼黑

兵工厂监督大炮钻孔，发现热是因摩擦而产生，因而断言，

热不是物质而是来自运动。

•1799年英国化学家，即后来的首任皇家研究院

院长戴维（SirHumphryDavy）在维持冰点的

真空容器中进行摩擦的实验，发现即使是两块

冰相互摩擦也有些冰熔化成水，所以他认为摩

擦引起物体微粒的振动，而这种振动就是热。

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十九世纪中到十九世纪七○年代末

•这个时期发展了热力学和分子动理论，这些理

论的诞生与热功当量原理有关。

•热功相当原理奠定了热力学第一定律的基础，

而第一定律和卡诺理论结合，又导致热力学第

二定律的形成；热功相当原理跟微粒说结合则

导致了分子运动论的建立。

•另一方面，以牛顿力学为基础的气体动理论也

开始发展。

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焦耳奠定热力学基础

•英国物理学家焦耳奠定了能量守恒定律，

为热力学的发展确立基础。

•他是第一位研究热能、机械能与电能的

相互关系的科学家，也是第一位发现气

体自由膨胀时四周温度会随之下降的科

学家。

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克劳修斯（RudolphClausius,1822～1888）

德国物理学家，气体动力论和热力学的主要奠基人之一。

•第一位把热力学第一定律用数学形式表

达出来的人

•接着又提出热力学第二定律

•1854年首次引入熵的概念，1865年发现

熵增加原理

•1851年第一次运用统计概念导出气体的

压力公式

•1858年又引进自由程概念，导出了平均

自由程公式

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威廉‧汤姆逊（WilliamThomson），

开尔文爵士（1824～1907）

英国物理学家，又称为热力学之父。

•1848年提出热力学温标，是现代科学上的标准

温标，这个温标的特点是它完全不依赖于任何

特殊物质的物理性质，绝对温度K就来自于他

姓氏的缩