《热力学和统计物理学的发展》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热力学和统计物理学的发展（31页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、二 计温学的发展（一）温度计的设计与制造1603年，伽利略制成最早的验温计：一只颈部极细的玻璃长颈瓶，倒置于盛水容器中，瓶中装有一半带颜色的水。随温度变化，瓶中空气膨胀或收缩。1631年年，法国国化学家家詹雷伊（JJeann Reey,115822-16630)把伽利利略的细细长颈瓶瓶倒了过过来，直直接用水水的体积积的变化化来表示示冷热程程度，但但管口未未密封，水水不断蒸蒸发，误误差也较较大。1650年年，意大大利费迪迪男二世世（G.D.FFerddinaand )用蜡蜡封住管管口，在在瓶内装装上红色色的酒精精，并在在玻璃瓶瓶细长颈颈上刻上上刻度，制制成现代代形式的的第一支支温度计计。1659
2、年年法国天天文学家家伊斯梅梅尔博里奥奥（Issmaeel BBuollliaau)制制造了第第一支用用水银作作为测温温物质的的温度计计。（二）测温温物质的的选择和和标准点点的确定定德国的格里里凯（GGuerrickke)曾曾提出以以马德堡堡地区的的初冬和和盛夏的的温度为为定点温温度；佛罗伦萨的的院士们们选择了了雪或冰冰的温度度为一个个定点，牛牛或鹿的的体温为为另一个个定点；1665年年，惠更更斯建议议把水的的凝固温温度和沸沸腾温度度作为两两个固定定点；1703年年，牛顿顿把雪的的熔点定定为自己己制作的的亚麻子子油温度度计的零零度，把把人体温温度作为为12度等等等。华伦海特（Gabriel Da
3、nile Fahrenheit，1686-1736，德国玻璃工人，迁居荷兰）制造了第一支实用温度计：他把冰、水、氨水和盐的混合物平衡温度定为00F，冰的熔点定为320F，人体的温度为960F，1724年，他又把水的沸点定为2120F。后来称其为华氏温标。列奥米尔（Reaumur,1683-1757,法国）以酒精和1/5的水的混合物作为测温物质，1730年制作的酒精温度计，取水的冰点为00R，水的沸点为800R，在两个固定点中间分成80等分，称为列氏温标。摄尔修斯（Anders Celsius,1701-1744,瑞典天文学家），用水银作为测温物质，以水的沸点为00C冰的熔点为1000C，中间1
4、00个等分。8年后接受了同事施特默尔（M.Stromer）的建议，把两个定点值对调过来。称为摄氏温标。至1779年全世界共有温标19种。热力学温标标：开尔文注意意到：既既然卡诺诺热机与与工作物物质无关关，那么么我们就就可以确确定一种种温标，使使它不依依赖于任任何物质质，这种种温标比比根据气气体定律律建立的的温标更更具有优优越性。 据此，18854年年，开尔尔文提出出开氏温温标，TT=2772.33 + t。又又称热力力学温标标，它与与测温物物质的性性质无关关，即任任何测温温物质按按这种温温标定出出的温度度数值都都是一样样的。1954年年国际计计量大会会决定将将水的三三相点的的热力学学温度定定为
5、2773.116K，即即热力学学温度的的单位开尔文文（K）就就是水三三相点热热力学温温度的11/2773.116三 量热学学的建立立1.不同物物质放热热能力不不同的发发现：17世纪，意意大利的的科学家家在实验验中发现现，在同同一温度度下具有有相同重重量的不不同液体体分别与与冰混合合时，冰冰被融化化的数量量是不同同的，这这表明不不同物质质的放热热能力是是不同的的。有人人认为这这种能力力可能与与物质密密度有关关，密度度越大，吸吸热和放放热的能能力越大大。华伦伦海特通通过实验验发现：水银的的的吸热热能力仅仅仅是水水的2/3，但但密度却却是水的的十几倍倍，因而而否定了了和密度度有关的的说法。2.“潜热
6、热”的发现现：1757年年英国化化学家布布莱克（Joseph Black,1728-1799)用320F冰与1720F同等重量的的水混合，得到平衡温度仍为320F，而不是1020F。这说明“在冰溶解中，需要一些为温度计所不能觉察的热量。”他把这种不表现为温度升高的热叫做“潜热”。同时还慎重提出热和温度是两个不同的概念.3.“热容容量”及“比热”概念的的提出：大约在17760年年，布莱莱克作了了如下实实验把温温度为115000C的金和和同重量量的5000C的水相相混合，它它们达到到平衡时时的温度度为5550C，同重重量而不不同温度度的两种种物质混混合在一一起时，它它们温度度的变化化是不相相同。他
7、他把物质质在改变变相同温温度时的的热量变变化叫做做这些物物质对热热的“亲和性性”或“接受热热的能力力”。后来来他的学学生伊尔尔文（IIrviine)正式引引进“热容量量”的概念念。17780年年，麦哲哲伦（MMegeelleen)首首先使用用了“比热”名词。4.热的单单位“卡”的建立立：法国的拉瓦瓦锡（LLavooisiier)和拉普普拉斯（Laplace)发展了布莱克的工作，把一磅水升高或降低10C时所吸收或放出的热作为热的单位，称作“卡”。1777年制作了“冰量热器”。四 热本质质的认识识1.认为热热是运动动的表现现 佛兰西西斯培根从从摩擦生生热得出出热是一一种膨胀胀的、被被约束的的在其斗
8、斗争中作作用于物物体的微微小粒子子的运动动。 波义耳耳认为钉钉子敲打打之后变变热，是是运动受受阻而变变热的证证明。 笛卡尔尔认为热热是物质质粒子的的一种旋旋转运动动； 胡克用用显微镜镜观察火火花，认认为热是是物体各各个部分分非常活活跃和极极其猛烈烈的运动动；罗蒙蒙诺索夫夫提出热热的根源源在于运运动等。2.热质说说认为热是一一种看不不见无重重量的物物质。热热质的多多少和在在物体之之间的流流动就会会改变物物体热的的程度。代代表人物物：伊壁壁鸠鲁、卡卡诺等。热热质说对对热现象象的解释释 ：物物质温度度的变化化是吸收收或放出出热质引引起的；热传导导是热质质的流动动；摩擦擦生热是是潜热被被挤出来来的，特
9、特别是瓦瓦特在热热质说的的指导下下改进蒸蒸汽机的的成功，都都使人们们相信热热质说是是正确的的。3.“热质质说”的否定定1798年年伦福德德（Coountt Ruumfoord,英国）由由钻头加加工炮筒筒时产生生热的现现象，得得出热是是物质的的一种运运动形式式；17799年年，戴维维（Huumphhreyy Daavy，117788-18829，英英国化学学家）作作了在真真空容器器中两块块冰摩擦擦而融化化的实验验。按热热质说观观点，热热量来自自摩擦挤挤出的潜潜热而使使系统的的比热变变小，但但实际上上水的比比热比冰冰的还要要大。伦伦福德和和戴维的的实验给给热质说说以致命命打击，为为热的唯唯动说提提
10、出了重重要的实实验证据据。2 .热热力学第第一定律律的建立立一 定律产产生的背背景18世纪末末到199世纪前前半叶，自自然科学学上的一一系列重重大发现现，广泛泛的揭示示出各种种自然现现象之间间的普遍遍联系和和转化。许许多科学学家对这这一定律律的建立立作出了了一定贡贡献。1热能和和机械能能：伦福德和戴戴维的实实验证明明机械能能向热能能的转化化； 蒸蒸汽机的的发明和和改进热能向向机械能能的转化化。2热和电电德国物理学学家塞贝贝克（TThommas Johhannn Seeebeeck)于18821年年实现了了热向电电的转化化-温差差电：他他将铜导导线和铋铋导线连连成一闭闭合回路路，用手手握住一一个
11、结点点使两结结点间产产生温差差，发现现导线上上出现电电流，冷冷却一个个结点亦亦可出现现电流。电电转化为为热：118344年，法法国的帕帕尔帖（Peltier)发现了它的逆效应，即当有电流通过时，结点处发生温度变化。1840年和1842年，焦耳和楞次分别发现了电流转化为热的著名定律。3电和磁磁1820年年奥斯特特关于电电流的磁磁效应的的发现和和18331年法法拉第关关于电磁磁感应现现象的发发现完成成了电和和磁间的的相互转转化。4电和化化学1800年年伏打制制成“伏打电电堆”以及利利用伏打打电流进进行电解解，从而而完成了了化学运运动和电电运动的的相互转转化运动动。5化学反反应和热热1840年年彼得
12、堡堡科学院院的黑斯斯（G.H.HHesss)提出出关于化化学反应应中释放放热量的的重要定定律：在在一组物物质转变变为另一一组物质质的过程程中，不不管反应应是通过过那些步步骤完成成的，释释放的总总热量是是恒定的的。此外18001年关关于紫外外线的化化学作用用的发现现，18839年年用光照照金属极极板改变变电池的的电动势势的发现现；18845年年光的偏偏振面的的磁致偏偏转现象象的发现现等等，都都从不同同侧面揭揭示了各各种自然然现象之之间的联联系和转转化。能量转化与与守恒思思想的萌萌发俄国的黑斯斯1830年年，法国国萨迪卡诺：“准确地地说，它它既不会会创生也也不会消消灭，实实际上，它它只改变变了它的
13、的形式。” 但卡诺患了猩红热，脑膜炎，不幸又患了流行性霍乱，于1832年去世，享年36岁。卡诺的这一思想，在1878年才由其弟弟整理发表，但热力学第一定律已建立27年。 总之，到了了19世世纪400年代前前后，欧欧洲科学学界已经经普遍蕴蕴含着一一种思想想气氛，以以一种联联系的观观点去观观察自然然现象。正正是在这这种情况况下，以以西欧为为中心，从从事七八八种专业业的十多多位科学学家，分分别通过过不同途途径，各各自独立立的发现现了能量量守恒原原理。 贡献最最为突出出的有三三位科学学家，他他们是：德国的的医生迈迈尔，英英国的实实验物理理学家焦焦耳,德德国的生生物学家家、物理理学家亥亥姆霍兹兹。二.确
14、立能能量转化化与守恒恒定律的的三位科科学家1.德国的的迈尔 罗罗伯特迈尔（RRobeert Mayyer,18114-118788)曾是是一位随随船医生生，在一一次驶往往印度尼尼西亚的的航行中中，给生生病的船船员做手手术时，发发现血的的颜色比比温带地地区的新新鲜红亮亮，这引引起了迈迈尔的沉沉思。他认为，食食物中含含有的化化学能，可可转化为为热能，在在热带情情况下，机机体中燃燃烧过程程减慢，因因而留下下了较多多的氧，使使血呈鲜鲜红色。迈迈尔的结结论是：“力（能能量）是是不灭的的，但是是可以转转化，是是不可称称量的客客体”。迈尔在18841年年撰文论论力的质质和量的的测定，但但由于缺缺少实验验根据
15、以以及在数数学和物物理方面面的缺陷陷，未能能发表；18442年论论无机界界的力发发表了他他的观点点 “无不能能生有，有有不能变变无”。在118455年的论论文与与有机运运动相联联系的新新陈代谢谢中更更明确写写道：“力的转转化与守守恒定律律是支配配宇宙的的普遍规规律。” 并并具体考考察了55种不同同形式的的力：运运动的力力、下落落的力、热热、磁和和电、化化学力。列列举了这这些“力”之间相相互转化化的255种形式式。迈尔是将热热学观点点用于有有机世界界研究的的第一人人。恩格格斯对迈迈尔的工工作给予予很高的的评价。迈尔，18814出出生于德德国海尔尔布隆一一个药剂剂师家庭庭，18832年年进入蒂蒂宾
16、根大大学医学学系学习习，18837年年因参加加一个秘秘密学生生团体而而被捕并并被学校校开除，118388年完成成医学博博士学位位论文答答辩，获获医师执执照而开开始行医医。18840年年-18841年年担任开开往东印印度的荷荷兰轮船船的随船船医生。 18441年撰撰文论论力的质质和量的的测定，但但被认为为缺少精精确的实实验根据据而未发发表，118422年撰文文论无无机界的的力，118455年撰文文与有有机运动动相联系系的新陈陈代谢。118488年后发发生了“能量守守恒定律律”发现优优先权的的争论，焦焦耳等英英国学者者否定其其工作，一一部分德德国物理理学家讥讥笑他不不懂物理理，而在在此期间间他的两两个孩子
