熱力學(xué)第一定律及其思考--論-文庫吧
2024-12-22 15:15 本頁面
【正文】 定律的建立過程 在 18 世紀末 19 世紀初，隨著蒸汽機在生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，人們越來越關(guān)注熱和功的轉(zhuǎn)化問題。于是，熱力學(xué)應(yīng)運而生。 1798 年，湯普生通過實驗否定了熱質(zhì)的存在。德國醫(yī)生、物理學(xué)家邁爾在 18411843 年間提出了熱與機械運動之間相互轉(zhuǎn)化的觀點，這是熱力學(xué)第一定律的第一次提出。焦耳設(shè)計了實驗測定了電熱當(dāng)量和 熱功當(dāng)量，用實驗確定了熱力學(xué)第一定律，補充了邁爾的論證。德國物理學(xué)家、醫(yī)生邁爾：德國物理學(xué)家、醫(yī)生邁爾 （ JuliuRobert Mayer， 1814～ 1878） 1840 年 2 月到 1841 年 2月作為船醫(yī)遠航到印度尼西亞。他從船員靜脈血的顏色的不同，發(fā)現(xiàn)體力和體熱來源于食物中所含的化學(xué)能，提出如果動物體能的輸入同支出是平衡的，所有這些形式的能在量上就必定守恒。他由此受到啟發(fā)，去探索熱和機械功的關(guān)系。他將自己的發(fā)現(xiàn)寫成《論力的量和質(zhì)的測定》一文，但他的觀點缺少精確的實驗論證，論文沒能發(fā)表（直到 1881 年他逝世后才發(fā) 表）。邁爾很快覺察到了這篇論文的缺陷，并且發(fā)奮進一步學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和物理學(xué)。 1842 年他發(fā)表了《論無機性質(zhì)的力》的論文，表述了物理、化學(xué)過程中各種力（能）的轉(zhuǎn)化和守恒的思想。邁爾是歷史上第一個提出能量守恒定律并計算出熱功當(dāng)量的人。但 1842 年發(fā)表的這篇科學(xué)杰作當(dāng)時未受到重視。 1843 年 8 月 21 日焦耳在英國科學(xué)協(xié)會數(shù)理組會議上宣讀了《論磁電的熱效應(yīng)及熱的機械值》論文，強調(diào)了自然界的能是等量轉(zhuǎn)換、不會消滅的，哪里消耗了機械能或電磁能，總在某些地方能得到相當(dāng)?shù)臒?。焦耳用了?40 年的時間，不懈地鉆研和測定了熱功當(dāng)量。他 先后用不同的方法做了 400 多次實驗，得出結(jié)論：熱功當(dāng)量是一個普適常量，與做功方式無關(guān)。他自己 1878 年與 1849 年的測驗結(jié)果相同。后來公認值是 427 千克重米每千卡。這說明了焦耳不愧為真正的實驗大師。他的這一實驗常數(shù)，為能量守恒與轉(zhuǎn)換定律提供了無可置疑的證據(jù)。 1847 年，亥姆霍茲發(fā)表《論力的守恒》，第一次系統(tǒng)地闡述了能量守恒原理，從理論上把力學(xué)中的能量守恒原理推廣到熱、光、電、磁、化學(xué)反應(yīng)等過程，揭示其運 3 動形式之間的統(tǒng)一性，它們不僅可以相互轉(zhuǎn)化，而且在量上還有一種確定的關(guān)系。能量守恒與轉(zhuǎn)化使物理學(xué)達到空前 的綜合與統(tǒng)一。將能量守恒定律應(yīng)用到熱力學(xué)上，就是熱力學(xué)第一定律 [1]。 熱力學(xué)第一定律的文字表述 自然界一切物體都具有能量，能量有各種不同形式，它能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，從一個物體傳遞給另一個物體，在轉(zhuǎn)化和傳遞中能量的數(shù)量保持不變。該定律就稱為熱力學(xué)第一定律，也稱為能量轉(zhuǎn)換與守恒定律，這一定律也被表示為：第一類永動機（不消耗任何形式的能量而能對外做功的機械）是不能制作出來的 [2]。 數(shù)學(xué)表達式 內(nèi)能定理 將能量守恒與轉(zhuǎn)換定律應(yīng)用于熱效應(yīng)就是熱力學(xué)第一定
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