科技史第十一講近代經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展(編輯修改稿)
2025-02-09 00:10 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 1851年開爾文發(fā)表 《 以焦耳先生的單位熱當(dāng)量導(dǎo)出的大量結(jié)果和雷諾對(duì)蒸氣的觀察論熱的動(dòng)力學(xué)理論 》 一文 ， 提出了熱力學(xué)第一定律的開爾文說法： ? 物質(zhì)系必須以熱的形式或以機(jī)械功的形式，給出同它得到的同樣多的能量 ?。 這里開爾文首次把能量一詞引入到了熱力學(xué)中，該表述也被稱為熱力學(xué)第一定律的能量表述。 28 熱力學(xué)第二定律的建立 ? 熱力學(xué)第一定律是關(guān)于孤立熱力學(xué)系統(tǒng)從熱源是否吸收熱量和內(nèi)能與外功之間轉(zhuǎn)化守恒關(guān)系的規(guī)律，它并不涉及不同溫度的兩個(gè)熱源之間的熱量傳遞。 ? 然而卡諾熱機(jī)理論表明，為了從熱產(chǎn)生動(dòng)力，需要有高溫物體和低溫物體。熱機(jī)的實(shí)踐也證明，熱機(jī)存在著普遍的熱耗散現(xiàn)象，總有一些熱譬如磨擦熱不能復(fù)返做功。 ? 事實(shí)上卡諾的理想熱機(jī)循環(huán)在實(shí)際中是不能實(shí)現(xiàn)的。對(duì)此，需要有一個(gè)新的普遍規(guī)律對(duì)這種普遍現(xiàn)象加以說明。 29 第二定律的克氏表述 在 1854年 《 物理和化學(xué)年鑒 》 上發(fā)表的《 論機(jī)械熱理論第二基本定律的一個(gè)改變形式 》 一文中，克勞修斯給出了通常所說的熱力學(xué)第二定律的?克氏表述?：? 熱不可能由冷體傳到熱體，如果不因而同時(shí)引起其他關(guān)系的變化 。? 30 熵 ? 1865年 4月克勞修斯在 《 關(guān)于熱的動(dòng)力理論的主要方程的各種應(yīng)用的方便形式 》 中提出了一個(gè)與變化途徑無關(guān)的狀態(tài)函數(shù) S。 ? 定義 dS=dQ/T， S表示物體的熱轉(zhuǎn)變含量，并用了一個(gè)與能量的德文字（ Energie）相近的從希臘文轉(zhuǎn)寫過來的詞 Entropie來命名 S。 ? 1923年普朗克 到南京東南大學(xué)作熱力學(xué)第二定律方面的講學(xué)， 胡復(fù)剛 為之翻譯，首次把Entropie譯作熵。 31 “克氏表述”的精練形式 ? 在 1865年的論文中，克勞修斯把熱力學(xué)第二定律表述為：對(duì)于可逆過程而言，熵等于 0；對(duì)于不可逆過程而言，熵總是大于 0。 ? 1875年在 《 熱的動(dòng)力理論 》 中又提出了熱力學(xué)第二定律?克氏表述?的更為精煉的形式：? 熱不可能自發(fā)地從一冷體傳到一熱體 ?。 32 ?宇宙熱寂說? 1867年在法蘭克福舉行的第 41屆德國(guó)自然科學(xué)家和醫(yī)生聯(lián)合會(huì)議上 ， 克勞修斯他把整個(gè)宇宙看做一個(gè)孤立的絕熱系統(tǒng) ， 然后把熱力學(xué)第一定律和第二定律應(yīng)用于整個(gè)宇宙 ， 得出： (1)宇宙的總能量是一個(gè)常數(shù)； (2)宇宙的熵趨向某一個(gè)極大值 。 這就是后來引起很多爭(zhēng)議的 ? 宇宙熱寂說 ?的正式提出 。 33 第二類永動(dòng)機(jī)不存在 ? 在 1856年的 《 論動(dòng)力的起源和轉(zhuǎn)變 》 中，開爾文把熱力學(xué)第二定律和制造一種自動(dòng)機(jī)聯(lián)系起來，提出：不借助外部動(dòng)因?qū)釓囊晃矬w傳遞到另一高溫物體來制成一個(gè)自動(dòng)機(jī)，是不可能的。 ? 這種自動(dòng)機(jī)也稱為永動(dòng)機(jī)，后來人們把 違反熱力學(xué)第一定律的永動(dòng)機(jī)稱作第一類永動(dòng)機(jī)，違反熱力學(xué)第二定律的永動(dòng)機(jī)稱作第二類永動(dòng)機(jī)。 ? 熱力學(xué)第二定律也等價(jià)地被表述為：第二類永動(dòng)機(jī)是不存在的。 34 熱力學(xué)第三定律 熱力學(xué)第三定律的建立與低溫現(xiàn)象的研究直接相關(guān)， 1848年湯姆遜提出絕對(duì)零度可能是溫度下限的觀點(diǎn)， 1906年德國(guó)人 斯特 提出 任何物體都不可能冷卻到絕對(duì)零度 。 35 三． 電磁學(xué)的建立 ： 18世紀(jì)靜電學(xué)研究最重要的成就是美國(guó)富蘭克林 提出的關(guān)于單電流體的一元論，并用著名 風(fēng)箏實(shí)驗(yàn) 加以證明； 18世紀(jì)末電學(xué)從靜電研究向流電研究發(fā)展，意大利 伽伐尼 發(fā)現(xiàn)動(dòng)物電流、 伏打 在電堆實(shí)驗(yàn)和發(fā)現(xiàn)原電池的基礎(chǔ)上提出了接觸理論。 36 1819年丹麥物理學(xué)家奧斯特（ Oersted, Hans， 17771851)在一次課堂實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)： 讓一個(gè)羅盤靠近通電導(dǎo)線，羅盤指針發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，指向與電流方向成直角的方向 。 這次實(shí)驗(yàn)是電與磁之間的聯(lián)系的第一次實(shí)驗(yàn)演示。 1820年奧斯特發(fā)表這個(gè)實(shí)驗(yàn)之后，引起了爆炸性的反響。 37 法拉第（ Michael Faraday 17911867）是一名鐵匠的兒子。 早年做裝訂工學(xué)徒（ 1805年），使他有機(jī)會(huì)接觸許多書，常翻大英百科全書中的電學(xué)文章和拉瓦錫的化學(xué)教程等。 38 戴維的助手、實(shí)驗(yàn)天才 ? 1813年 22歲的法拉第成為戴維的助手，任務(wù)是刷洗瓶子。 ? 實(shí)驗(yàn)室里的法拉第漸漸表現(xiàn)出他的天分，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了值得戴維提攜的程度。 ? 比如法拉第能熟練制備三氯化氮?dú)怏w，而戴維則不那么熟練，一次還讓它爆炸了，幾乎因此而失明。 39 讓磁力產(chǎn)生電流？ 法拉第在 1821年就設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置，把電力和磁力間的作用轉(zhuǎn)化成了連續(xù)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。 但這個(gè)裝置充其量只不過是一個(gè)科學(xué)玩具。 奧斯特讓電流產(chǎn)生了磁力，法拉第所想的是怎樣倒過來讓磁力產(chǎn)生電流 。 40
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