能量守恒律和热力学三定律

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1、能量守恒定律和热力学三定律的发现凡是有些见地的人都知道，热力学的意义绝不像热学字面上表示得那么简单，而具有非凡的普遍意义，因为宇宙间存在许多种运动形态，它们之间存在能够转化和等当换算的关系。但是，不论那种运动形态都只能以热的形态进行耗散，所以热学定律适用于各种运动形态，而且实际上不论那种运动形态的量化定律关系都可以用热力学定律予以理解和衡量。为了能够用统一的概念和尺度比较和度量各种运动形态的运动能力（机械运动、热运动、电力、磁力、声动、生物力、化学力、核力等），在19世纪初ThomasYoung在这些概念的基础上，提出了统一的概念——能态和能量。19世纪中叶，把各种运动能力分别称

2、为机械能、热能、电能、磁能、声能、生物能、化学能和核能等。这些能态的数量关系用双边的等当关系——当量作为换算的桥梁，即以显示在他们各自的特性背后存在统一的共性和量度关系。同一性和统一的量度，永远是科学研究追求的目标，这个追求导致驾驭各种能态的度量之间存在共同的能量转化和守恒定律。一、能量守恒定律的发现1.能量概念的由来1802年英国物理家ThomasYoung在皇家学院作了系列讲演，其中提出了科学的能量概念。在讲演的力学部分的第8讲中，他认为对于弹性体和非弹性体的碰撞（如弹性变形和塑性变形的能力，子弹打入土或牛脂中）而言：“能量一词很适用于一切物体的质量或重量与其速度的平方……有

3、些人竟将它看作运动数量的真实量度……为了更好地估价这个力，还是用个不同的名字才好”。麦克斯韦在《热理论》中说：“ThomasYoung是第一个应用能量于这个关系（活力）的人”。ErnestMach指出“在1850年以后能量概念最早由英国物理学家逐渐传到物理领域的”，这显然指WilliamRankine和LordKelvin说的。1851年WilliamRankine在《论能量转变的普遍定律》文中提出了“potentialenergy”、“actualenergy”和“机械能”一词。Kelvin在1851年3月写的《论热力学理论》文中，提出热力学第一定律的能量说法，1854年4月他

4、在《论太阳系的机械能》文中，提出了“kineticenergy”、“dynamicenergy”，并且建议采用“kineticenergy”作为动能专用词。2.能量大小的表示法活力（visviva）:Huygens在1669年，Leibniz在1686年在《学术会报》中都提出用“mv2”，后来科里奥利提出用“1/2mv2”表示得到学术界的赞同。3.对热的本质的认识过程：（1）燃素说：Newton的粒子说居统治地位后，德国的J.Becher在1669年提出油土是燃素，G.E.Stahl在1720年左右的《化学基础》基础中改“油土”为“燃素”，提出系统的燃素理论，后来被A.L.Lav

5、oisier用实验证明质量守恒时，否定了燃素说。（2）热素说：J.Black为了说明热与温度的区别，引入不可见的和无重量的热素概念。（3）热动说：对用热动说取代燃素说起了决定作用的是英国的CountRumford和HumphryDavy，Rumford在1798年用水冷却源源不断的钻屑，使水温持续上升而无限供热，说明热不是实体而是运动，它甚至得出热功当量为940英磅（Joule后来测出为772英尺磅/1°F）。Davy在1899年发表二块冰磨擦能使水生热而融化的实验，得出“热现象的原因是运动”。此二实验给热素说以决定性的打击。奠定了热是一种运动，称为热动说。（其实，Gassend

6、i、F.Bacon、R.Boyle和Newton等都认为热是一种运动）。SadiCarno他:在提出热机可逆循环的1824年持热素观点，故未能发现热力学第一定律和能量定律。2年后他才改信热动说。（4）热能说：与热动说相通，因为粒子的运动就是表现了热能，但严格说稍有差异。4.能量守恒定律发现的前提条件：（1）必须从热是粒子的一种运动或能态的思想出发，研究机械功、热能、电能、磁能、化学能、生物能等之间的转化和守恒关系；（2）必须从不同能量形态之间的定量转化关系出发，而不只是各种不同形态的“motion”、“force”或“krafte”之间的转化守恒，才能被认为发现了能量守恒定律。（

7、3）提出各种形态运动的数量之间、各种力的数量之间转化是不灭的或守恒的说法，只能是关于能量守恒的思辨或定性想法，不能认为发现了能量守恒定律。（4）某个人只进行了各种能态之间的数理上的定量转化计算却未被实验确认，或只作了实验证实却未形成定量的原理或数学关系式，不能认为他发现了能量守恒定律。但是一旦两种论证具备，作为人类对自然规律的认识而言，应该认为发现了能量守恒定律。5.关于能量守恒定律发现的几个阶段：能量守恒定律的实际发现过程可大致分为六个阶段:机械能守恒定律热功转化守恒定律热能与