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第一讲 热力学绪论
第一讲 热力学绪论 工程热力学的意义 热力学发展简史 (一)中国古代的热学知识 火的利用和控制——古人对热现象认识的开端 对冷热的认识 温度 的认识 控温技术 ?热本质 热胀冷缩是重要的热现象之一 对水的物态变化 热器具 在我国古代,很早就出现了对热动力的认识和利用。 (二)温度和温度计 1、温度计的发明 热力学第零定律 ——如果两个物体中的每一个物体都与第三个物体处于热平衡,则这两个物体彼此也必定处于热平衡。 最早的一支温度计 伽利略 第一只实用的温度计 温标的发展 2、气体定律和温标的改进 真空存在的可能性 1676年,玻意耳——马略特定律 1802年 ,盖·吕萨克定律 绝对零度 的提出 理想气体温标 的建立 1848年,热力学温标(也称开氏温标 )的建立 由以上简要的回顾看出,从伽利略创造第一个验温器计算起,经过许多科学家将近一个半世纪的努力和改进,才使温度计日趋完善,计温学也得到不断的发展,并由此迎来了18世纪中叶以后有关热现象学说的产生。 (三)热的概念 1、热量与温度的概念 人们长久以来对热量与温度的概念混淆不清。 1757年前后,英国化学家布莱克的发现 1777年,拉瓦锡和拉普拉斯制造了冰量热器 2、热的本质的争论 关于这个问题,历来有两种不同的观点。 一种是热的物质说;另一种是热的运动说。 主张热质说的人认为,热是一种特殊形态的没有重量的“物质”,当热质进入物质后物体会变热。 主张热的运动说的人认为,热是物质粒子的运动。 1)热质说 热质说点的指导下,热学所取得的主要进展有: (1)布莱克发现了“比热”和“潜热”; (2)瓦特从理论上分析了蒸汽机的主要缺陷,改进了蒸汽机; (3)傅立叶建立了热传导理论; (4)卡诺从热质传递的物理图象出发在19世纪初提出了消耗从热源取得热量而得到功的理论 。 2)热动说 17世纪的培根和笛卡儿等人倾向于这种观点。 但是受到机械论的影响,没有反映热本质。 18世纪,伯努利发展了热的运动说 1778年, 伦福德 的工作 1799年,英国人戴维 的工作 热动说和热质说这两种观点经历了相互更替的迂回曲折的历史演变,直到19世纪40年代末,由于能量守恒与转化定律的确立,热动学说才获得最后的胜利。 从此以后,人类对热的认识才走上了科学的热动说的道路,进而把人们引入了一个新的领域,开始从微观粒子的层次上来认识热的本质,沿着这个方向所进行研究的结果,才使人们形成了今天这一概念:热是大量微观粒子的无规则运动。 (四)热力学第一定律 1、产生的历史背景 1784年蒸汽机进入大规模的生产时代 ,蒸汽机的发明和应用,为能量守恒原理的确立提供了一个重要前提。 2、第一类永动机的失败 永动机之不可能实现,是认识能量守恒原理的另一条途径。 3、联系和转化的新发现 (1)机械运动和热运动之间的联系 18世纪最后两年伦福德和戴维所做的摩擦生热实验,热功当量的粗略测定,表明了机械运动向热的转化。 (2)热和电之间的转化 焦耳和楞次分别在1840和1842年发现了电流的热效应,这就是今天所说的焦耳—楞次定律。 (3)电与磁之间的相互联系和转化 1820年丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应,1831年法拉第找到了它的逆效应即电磁感应现象。 (4)化学和生物方面的研究 由于各种自然现象之间的普遍联系得到了广泛的研究,所以这一时期的科学家是从“自然力之统一”这一观点出发来看待各种能量相互转化的整个网络的。正是在这种自然科学观影响 下,西欧的四五个国家,从事七八种专业的多位科学家分别用不同的实验和方法各自独立地计算和测定了热功当量,发现了能量守恒与转化定律。 ?4、几个科学家的工作 在物理学史上,正式发表论文,提出能量守恒与转化定律是从1842年开始的,主要是由迈尔 、焦耳和赫尔姆霍兹等人提出的。 迈尔(德国医生 )的工作 1851年他又写了《论热的机械当量》一文,详细阐述了热功当量的计算。 焦耳(英国化学)的工作 1849年,焦耳在皇家学会宣谈论文《论热的机械当量》 赫尔姆霍兹(德国医生、生物学家)等人的工作 1847年,发表《论力的守恒》,赫尔姆霍兹还研究了能量守恒在其他物理过程中的应用,把它扩大到光、热、电磁现象、化学运动以及生物体内进行的过程中。 5、能量守恒与转化
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