第四章經(jīng)典熱學建立

1、第四章第四章 經(jīng)典熱力學基礎經(jīng)典熱力學基礎 1.1.熱學現(xiàn)象的初期研究熱學現(xiàn)象的初期研究 2 .熱力學第一定律的建立熱力學第一定律的建立 3 .熱力學第二定律的建立熱力學第二定律的建立 4 .低溫物理學低溫物理學 5.分子運動論的發(fā)展分子運動論的發(fā)展 6.6.統(tǒng)計物理學的建立統(tǒng)計物理學的建立 7.物態(tài)物態(tài) 1.1.熱學現(xiàn)象的初期研究熱學現(xiàn)象的初期研究 一一 蒸汽機的發(fā)明蒸汽機的發(fā)明 二二 計溫學的發(fā)展計溫學的發(fā)展 三三 量熱學的建立量熱學的建立 四四 熱本質的認識熱本質的認識 1.1.熱學現(xiàn)象的初期研究熱學現(xiàn)象的初期研究 一一 蒸汽機的發(fā)明蒸汽機的發(fā)明 16901690年巴本年巴本(Frnid

2、 Papin,1647-1712,(Frnid Papin,1647-1712,法國，惠更斯助手法國，惠更斯助手) )首首 先制成帶有活塞和汽缸的實驗性蒸汽機；先制成帶有活塞和汽缸的實驗性蒸汽機； 1.熱學現(xiàn)象的初期研究熱學現(xiàn)象的初期研究 17051705年，托馬斯年，托馬斯紐可門紐可門（Thomas Newcomen,1663-1729,Thomas Newcomen,1663-1729,英英 國鐵匠國鐵匠) )在薩維里和巴本的基礎上，研制了一個帶有活塞的在薩維里和巴本的基礎上，研制了一個帶有活塞的 封閉的圓筒汽缸，活塞通過一杠桿和一排水泵相連。是一封閉的圓筒汽缸，活塞通過一杠桿和一排水泵相

3、連。是一 個廣義的把熱轉變?yōu)闄C械力的原動機，是蒸汽機最早的雛個廣義的把熱轉變?yōu)闄C械力的原動機，是蒸汽機最早的雛 形。并真正有效地應用于礦井排水。但活塞的每次下降都形。并真正有效地應用于礦井排水。但活塞的每次下降都 必須將整個汽缸和活塞同時冷卻，熱量的損失太大。必須將整個汽缸和活塞同時冷卻，熱量的損失太大。 16981698年，托馬斯年，托馬斯薩維里薩維里（Thomas Savery,1650-1715,Thomas Savery,1650-1715,英國英國 軍事工程師軍事工程師) )制成一具蒸汽水泵；制成一具蒸汽水泵； 薩維里的蒸汽機薩維里的蒸汽機 托馬斯托馬斯紐可門的蒸汽機紐可門的蒸汽機

4、1769 1769年，詹姆斯年，詹姆斯瓦特瓦特（James Watt,1736-1819,James Watt,1736-1819,法國，法國， 格拉斯哥大學儀器維修工）改進了紐可門機，把冷凝過程格拉斯哥大學儀器維修工）改進了紐可門機，把冷凝過程 從汽缸內分離出來，即在汽缸外單獨加一個冷凝器而使汽從汽缸內分離出來，即在汽缸外單獨加一個冷凝器而使汽 缸始終保持在高溫狀態(tài)。缸始終保持在高溫狀態(tài)。 1.熱學現(xiàn)象的初期研究熱學現(xiàn)象的初期研究 1785 1785年，熱機被應用于紡織；年，熱機被應用于紡織； 18071807年，熱機被美國人富爾頓應用于輪船；年，熱機被美國人富爾頓應用于輪船； 182518

5、25年被用于火車和鐵路。年被用于火車和鐵路。 17821782年，又制造出了使高壓蒸汽輪流的從兩端進入汽年，又制造出了使高壓蒸汽輪流的從兩端進入汽 缸，缸，推動活塞往返運動的蒸汽機，使機器運作由斷續(xù)變連續(xù)推動活塞往返運動的蒸汽機，使機器運作由斷續(xù)變連續(xù) ，從而蒸汽機的使用價值大大提高，導致了歐洲的第一次工，從而蒸汽機的使用價值大大提高，導致了歐洲的第一次工 業(yè)革命。業(yè)革命。 瓦特發(fā)明的蒸汽機瓦特發(fā)明的蒸汽機 瓦特像瓦特像 二二 計溫學的發(fā)展計溫學的發(fā)展 （一）溫度計的設計與制造（一）溫度計的設計與制造 16031603年，伽利略制成最早的驗溫計：年，伽利略制成最早的驗溫計：一只頸部極細的玻璃長

6、頸一只頸部極細的玻璃長頸 瓶，倒置于盛水容器中，瓶中裝有一半帶顏色的水。隨溫瓶，倒置于盛水容器中，瓶中裝有一半帶顏色的水。隨溫 度變化，瓶中空氣膨脹或收縮。度變化，瓶中空氣膨脹或收縮。 1.熱學現(xiàn)象的初期研究熱學現(xiàn)象的初期研究 16591659年法國天文學家伊斯梅爾年法國天文學家伊斯梅爾 博里奧博里奧(Ismael Buolliau)(Ismael Buolliau)制造了制造了 第一支用水銀作為測溫物質的溫度計。第一支用水銀作為測溫物質的溫度計。 16501650年，意大利費迪男二世年，意大利費迪男二世(G.D.Ferdinand )(G.D.Ferdinand )用蠟封住管用蠟封住管 口，

7、在瓶內裝上紅色的酒精，并在玻璃瓶細長頸上刻上刻度口，在瓶內裝上紅色的酒精，并在玻璃瓶細長頸上刻上刻度 ，制成現(xiàn)代形式的第一支溫度計。，制成現(xiàn)代形式的第一支溫度計。 16311631年，法國化學家詹年，法國化學家詹 雷伊雷伊(Jean Rey,1582-1630)(Jean Rey,1582-1630)把伽利略把伽利略 的細長頸瓶倒了過來，直接用水的體積的變化來表示冷熱程的細長頸瓶倒了過來，直接用水的體積的變化來表示冷熱程 度，但管口未密封，水不斷蒸發(fā)，誤差也較大。度，但管口未密封，水不斷蒸發(fā)，誤差也較大。 伽利落驗溫計伽利落驗溫計 （二）測溫物質的選擇和標準點的確定（二）測溫物質的選擇和標準點

8、的確定 1.熱學現(xiàn)象的初期研究熱學現(xiàn)象的初期研究 17031703年，牛頓年，牛頓把雪的熔點定為自己制作的亞麻子油溫度計把雪的熔點定為自己制作的亞麻子油溫度計 的零度，把人體溫度作為的零度，把人體溫度作為1212度等等。度等等。 16651665年，惠更斯年，惠更斯建議把水的凝固溫度和沸騰溫度作為兩建議把水的凝固溫度和沸騰溫度作為兩 個固定點；個固定點； 佛羅倫薩的院士們佛羅倫薩的院士們選擇了雪或冰的溫度為一個定點，牛選擇了雪或冰的溫度為一個定點，牛 或鹿的體溫為另一個定點；或鹿的體溫為另一個定點； 德國的格里凱德國的格里凱（Guericke)Guericke)曾提出以馬德堡地區(qū)的初冬和曾提出

9、以馬德堡地區(qū)的初冬和 盛夏的溫度為定點溫度；盛夏的溫度為定點溫度； 1.熱學現(xiàn)象的初期研究熱學現(xiàn)象的初期研究 攝爾修斯攝爾修斯(Anders Celsius,1701-1744,(Anders Celsius,1701-1744,瑞典天文學家瑞典天文學家) )， 用水銀作為測溫物質，以水的沸點為用水銀作為測溫物質，以水的沸點為00C00C冰的熔點為冰的熔點為1000C1000C， 中間中間100100個等分。個等分。8 8年后接受了同事施特默爾（年后接受了同事施特默爾（M.StromerM.Stromer）的）的 建議，把兩個定點值對調過來。稱為建議，把兩個定點值對調過來。稱為攝氏溫標攝氏溫標

10、。至。至17791779年全年全 世界共有溫標世界共有溫標1919種。種。 列奧米爾列奧米爾( (Reaumur,1683-1757,Reaumur,1683-1757,法國法國) )以酒精和以酒精和1/51/5的水的的水的 混合物作為測溫物質，混合物作為測溫物質，17301730年制作的酒精溫度計，取水的冰年制作的酒精溫度計，取水的冰 點為點為00R00R，使酒精體積增加，使酒精體積增加1/10001/1000的溫度變化作為的溫度變化作為10R10R，這樣，這樣 水的沸點即為水的沸點即為800R800R，稱為，稱為列氏溫標列氏溫標。 華倫海特華倫海特(Gabriel Danile Fahre

11、nheit(Gabriel Danile Fahrenheit，1686-17361686-1736， 德國玻璃工人，遷居荷蘭德國玻璃工人，遷居荷蘭) )制造了第一支實用溫度計：制造了第一支實用溫度計：他把他把 冰、水、氨水和鹽的混合物平衡溫度定為冰、水、氨水和鹽的混合物平衡溫度定為00F00F，冰的熔點定，冰的熔點定 為為320F320F，人體的溫度為，人體的溫度為960F960F，17241724年，他又把水的沸點定為年，他又把水的沸點定為 2120F2120F。后來稱其為。后來稱其為華氏溫標。華氏溫標。 高溫測量：高溫測量： 荷蘭的荷蘭的馬森布羅克馬森布羅克(Musschenbrock)

12、(Musschenbrock)在在17471747年利用金年利用金 屬桿的熱脹冷縮性質制造了金屬溫度計；屬桿的熱脹冷縮性質制造了金屬溫度計； 本世紀八十年代，本世紀八十年代，韋奇武德韋奇武德(J.Wedgwood)(J.Wedgwood)用耐火土塊用耐火土塊 的線度變化制成了量度爐溫的高溫計。的線度變化制成了量度爐溫的高溫計。 測溫物質的尋找，促進了對物體熱膨脹的研究。測溫物質的尋找，促進了對物體熱膨脹的研究。 計溫學的發(fā)展和完善，也進一步促進了實驗熱學研究計溫學的發(fā)展和完善，也進一步促進了實驗熱學研究 的進展。的進展。 各種溫度計各種溫度計 據(jù)此，據(jù)此，18541854年，開爾文年，開爾文(

13、 (威威 廉廉. .湯姆遜湯姆遜) )提出開氏溫標，提出開氏溫標， T=272.3 + tT=272.3 + t。又稱熱力學溫標。又稱熱力學溫標 ，它與測溫物質的性質無關，即，它與測溫物質的性質無關，即 任何測溫物質按這種溫標定出的任何測溫物質按這種溫標定出的 溫度數(shù)值都是一樣的。溫度數(shù)值都是一樣的。 19541954年國際計量大會決定年國際計量大會決定 將水的三相點的熱力學溫度定為將水的三相點的熱力學溫度定為 273.16K273.16K。 開爾文開爾文 像像 1.熱學現(xiàn)象的初期研究熱學現(xiàn)象的初期研究 熱力學溫標：熱力學溫標： 1919世紀世紀5050年代，開爾文注意到：既然卡諾熱機與工作年

14、代，開爾文注意到：既然卡諾熱機與工作 物質無關，那么我們就可以確定一種溫標，使它不依賴于任何物質無關，那么我們就可以確定一種溫標，使它不依賴于任何 物質，這種溫標比根據(jù)氣體定律建立的溫標更具有優(yōu)越性。物質，這種溫標比根據(jù)氣體定律建立的溫標更具有優(yōu)越性。 三三 量熱學的建立量熱學的建立 1.1.不同物質放熱能力不同的發(fā)現(xiàn)：不同物質放熱能力不同的發(fā)現(xiàn)：1717世紀，意大利的科學家在世紀，意大利的科學家在 實驗中發(fā)現(xiàn)，在同一溫度下具有相同重量的不同液體分別實驗中發(fā)現(xiàn)，在同一溫度下具有相同重量的不同液體分別 與冰混合時，冰被融化的數(shù)量是不同的，這表明不同物質與冰混合時，冰被融化的數(shù)量是不同的，這表明不

15、同物質 的放熱能力是不同的。有人認為這種能力可能與物質密度的放熱能力是不同的。有人認為這種能力可能與物質密度 有關，密度越大，吸熱和放熱的能力越大。華倫海特通過有關，密度越大，吸熱和放熱的能力越大。華倫海特通過 實驗發(fā)現(xiàn)：水銀的的吸熱能力僅僅是水的實驗發(fā)現(xiàn)：水銀的的吸熱能力僅僅是水的2/32/3，但密度卻是，但密度卻是 水的十幾倍，因而否定了和密度有關的說法。水的十幾倍，因而否定了和密度有關的說法。 1.熱學現(xiàn)象的初期研究熱學現(xiàn)象的初期研究 2.“2.“潛熱潛熱”的發(fā)現(xiàn)：的發(fā)現(xiàn)：17571757年英國化學家年英國化學家布布萊克萊克(Joseph Black, (Joseph Black, 17

16、28-1799)1728-1799)用用32320 0F F冰與冰與1721720 0F F同等重量的的水混合，得到平衡溫同等重量的的水混合，得到平衡溫 度仍為度仍為32320 0F F，而不是，而不是1021020 0F F。這說明。這說明“在冰溶解中，需要一些在冰溶解中，需要一些 為溫度計所不能覺察的熱量。為溫度計所不能覺察的熱量?！彼堰@種不表現(xiàn)為溫度升高他把這種不表現(xiàn)為溫度升高 的熱叫做的熱叫做“潛熱潛熱”。同時還慎重提出熱和溫度是兩個不同的。同時還慎重提出熱和溫度是兩個不同的 概念概念. . 3.“3.“熱容量熱容量”及及“比熱比熱”概念的提出：概念的提出：大約在大約在1760176

17、0年，布年，布 萊克作了如下實驗把溫度為萊克作了如下實驗把溫度為1501500 0C C的金和同重量的的金和同重量的50500 0C C 的水相混合，它們達到平衡時的溫度為的水相混合，它們達到平衡時的溫度為55550 0C C，同重量而，同重量而 不同溫度的兩種物質混合在一起時，它們溫度的變化是不同溫度的兩種物質混合在一起時，它們溫度的變化是 不相同。他把物質在改變相同溫度時的熱量變化叫做這不相同。他把物質在改變相同溫度時的熱量變化叫做這 些物質對熱的些物質對熱的“親和性親和性”或或“接受熱的能力接受熱的能力”。后來他。后來他 的學生伊爾文（的學生伊爾文（Irvine)Irvine)正式引進正

18、式引進“熱容量熱容量”的概念。的概念。 17801780年，麥哲倫（年，麥哲倫（Megellen)Megellen)首先使用了首先使用了“比熱比熱”名詞。名詞。 1.熱學現(xiàn)象的初期研究熱學現(xiàn)象的初期研究 4 4. .熱的單位熱的單位“卡卡”的建立：的建立：法國的拉瓦錫（法國的拉瓦錫（Lavoisier)Lavoisier)和拉和拉 普拉斯（普拉斯（Laplace)Laplace)發(fā)展了布萊克的工作，把一磅水升高或降發(fā)展了布萊克的工作，把一磅水升高或降 低低1 10 0C C時所吸收或放出的熱作為熱的單位，稱作時所吸收或放出的熱作為熱的單位，稱作“卡卡”。17771777 年制作了年制作了“冰量

19、熱器冰量熱器”。 四四 熱本質的認識熱本質的認識 1.1.認為熱是運動的表現(xiàn)認為熱是運動的表現(xiàn) 佛蘭西斯佛蘭西斯培根培根從摩擦生熱得出熱是一種膨脹的、被約束的從摩擦生熱得出熱是一種膨脹的、被約束的 在其斗爭中作用于物體的微小粒子的運動。在其斗爭中作用于物體的微小粒子的運動。 波義耳波義耳認為釘子敲打之后變熱，是運動受阻而變熱的證明。認為釘子敲打之后變熱，是運動受阻而變熱的證明。 笛卡爾笛卡爾認為熱是物質粒子的一種旋轉運動；認為熱是物質粒子的一種旋轉運動； 胡克胡克用顯微鏡觀察火花，認為熱是物體各個部分非?；钴S和用顯微鏡觀察火花，認為熱是物體各個部分非常活躍和 極其猛烈的運動；極其猛烈的運動；羅

20、蒙諾索夫羅蒙諾索夫提出熱的根源在于運動等。提出熱的根源在于運動等。 1.熱學現(xiàn)象的初期研究熱學現(xiàn)象的初期研究 2.2.熱質說，即認為熱是一種看不見無重量的物質。熱質說，即認為熱是一種看不見無重量的物質。熱質的多少熱質的多少 和在物體之間的流動就會改變物體熱的程度。代表人物：伊壁和在物體之間的流動就會改變物體熱的程度。代表人物：伊壁 鳩魯、卡諾等。熱質說對熱現(xiàn)象的解釋鳩魯、卡諾等。熱質說對熱現(xiàn)象的解釋 ：物質溫度的變化是：物質溫度的變化是 吸收或放出熱質引起的；熱傳導是熱質的流動；摩擦生熱是潛吸收或放出熱質引起的；熱傳導是熱質的流動；摩擦生熱是潛 熱被擠出來的，特別是瓦特在熱質說的指導下改進蒸汽

21、機的成熱被擠出來的，特別是瓦特在熱質說的指導下改進蒸汽機的成 功，都使人們相信熱質說是正確的。功，都使人們相信熱質說是正確的。 3.“3.“熱質說熱質說”的否定的否定 倫福德像倫福德像 1.熱學現(xiàn)象的初期研究熱學現(xiàn)象的初期研究 倫福德和戴維的實驗給熱質倫福德和戴維的實驗給熱質 說以致命打擊，為熱的唯動說提出了說以致命打擊，為熱的唯動說提出了 重要的實驗證據(jù)。重要的實驗證據(jù)。 17991799年，戴維年，戴維（Humphrey DavyHumphrey Davy， 1778-18291778-1829，英國化學家）作了在真空容器，英國化學家）作了在真空容器 中兩塊冰摩擦而融化的實驗。按熱質說觀中

22、兩塊冰摩擦而融化的實驗。按熱質說觀 點，熱量來自摩擦擠出的潛熱而使系統(tǒng)的點，熱量來自摩擦擠出的潛熱而使系統(tǒng)的 比熱變小，但實際上水的比熱比冰的還要比熱變小，但實際上水的比熱比冰的還要 大。大。 17981798年倫福德年倫福德(Count Rumford,(Count Rumford,英英 國國) )由鉆頭加工炮筒時產(chǎn)生熱的現(xiàn)象，由鉆頭加工炮筒時產(chǎn)生熱的現(xiàn)象， 得出熱是物質的一種運動形式，得出熱是物質的一種運動形式， 一一.定律誕生的背景定律誕生的背景 二二.確立能量轉化與守恒定律的確立能量轉化與守恒定律的 三位科學家三位科學家 2 .熱力學第一定律的建立熱力學第一定律的建立 熱熱 力力 學學

23、 第第 一一 定定 律律 的的 建建 立立 熱和電：熱和電：德國物理學家塞貝克（德國物理學家塞貝克（Thomas Johann Thomas Johann Seebeck)Seebeck)于于18211821年實現(xiàn)了熱向電的轉化年實現(xiàn)了熱向電的轉化- -溫差電：他將銅導線溫差電：他將銅導線 和鉍導線連成一閉合回路，用手握住一個結點使兩結點間產(chǎn)和鉍導線連成一閉合回路，用手握住一個結點使兩結點間產(chǎn) 生溫差，發(fā)現(xiàn)導線上出現(xiàn)電流，冷卻一個結點亦可出現(xiàn)電流生溫差，發(fā)現(xiàn)導線上出現(xiàn)電流，冷卻一個結點亦可出現(xiàn)電流 。電轉化為熱：。電轉化為熱：18341834年，法國的帕爾帖（年，法國的帕爾帖（Peltier)

24、Peltier)發(fā)現(xiàn)了它發(fā)現(xiàn)了它 的逆效應，即當有電流通過時，結點處發(fā)生溫度變化。的逆效應，即當有電流通過時，結點處發(fā)生溫度變化。18401840 年和年和18421842年，焦耳和楞次分別發(fā)現(xiàn)了電流轉化為熱的著名定年，焦耳和楞次分別發(fā)現(xiàn)了電流轉化為熱的著名定 律。律。 熱能和機械能：熱能和機械能：倫福德和戴維的實驗證明機械能向熱能倫福德和戴維的實驗證明機械能向熱能 的轉化的轉化; ; 蒸汽機的發(fā)明和改進蒸汽機的發(fā)明和改進熱能向機械能的轉化熱能向機械能的轉化; ; 一一 定律產(chǎn)生的背景定律產(chǎn)生的背景 1818世紀末到世紀末到1919世紀前半葉，自然科學上的一系列重大發(fā)世紀前半葉，自然科學上的一

25、系列重大發(fā) 現(xiàn)，廣泛的揭示出各種自然現(xiàn)象之間的普遍聯(lián)系和轉化。許現(xiàn)，廣泛的揭示出各種自然現(xiàn)象之間的普遍聯(lián)系和轉化。許 多科學家對這一定律的建立作出了一定貢獻。多科學家對這一定律的建立作出了一定貢獻。 此外此外18011801年關于紫外線的化學作用的發(fā)現(xiàn)，年關于紫外線的化學作用的發(fā)現(xiàn)，18391839年用光年用光 照金屬極板改變電池的電動勢的發(fā)現(xiàn)；照金屬極板改變電池的電動勢的發(fā)現(xiàn)；18451845年光的偏振面的年光的偏振面的 磁致偏轉現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)等等，都從不同側面揭示了各種自然現(xiàn)磁致偏轉現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)等等，都從不同側面揭示了各種自然現(xiàn) 象之間的聯(lián)系和轉化。象之間的聯(lián)系和轉化。 化學反應和熱：化學反應和

26、熱：18401840年彼得堡科學院的年彼得堡科學院的黑斯黑斯（G.H.Hess)G.H.Hess) 提出關于化學反應中釋放熱量的重要定律：在一組物質轉變提出關于化學反應中釋放熱量的重要定律：在一組物質轉變 為另一組物質的過程中，不管反應是通過那些步驟完成的，為另一組物質的過程中，不管反應是通過那些步驟完成的， 釋放的總熱量是恒定的。釋放的總熱量是恒定的。 電和化學：電和化學：18001800年伏打制成年伏打制成“伏打電堆伏打電堆”以及利用伏打以及利用伏打 電流進行電解，從而完成了化學運動和電運動的相互轉化運電流進行電解，從而完成了化學運動和電運動的相互轉化運 動。動。 電和磁：電和磁：1820

27、1820年奧斯特關于電流的磁效應的發(fā)現(xiàn)和年奧斯特關于電流的磁效應的發(fā)現(xiàn)和18311831 年法拉第關于電磁感應現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)完成了電和磁間的相互轉年法拉第關于電磁感應現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)完成了電和磁間的相互轉 化化 卡諾像卡諾像 熱熱 力力 學學 第第 一一 定定 律律 的的 建建 立立 能量轉化與守恒思想的萌發(fā)能量轉化與守恒思想的萌發(fā) 俄國的俄國的黑斯黑斯 18301830年，法國薩迪年，法國薩迪卡諾卡諾：“ 準確地說，它既不會創(chuàng)生也不會準確地說，它既不會創(chuàng)生也不會 消滅，實際上，它只改變了它的消滅，實際上，它只改變了它的 形式。形式?！?” 但卡諾患了猩紅熱，腦膜炎但卡諾患了猩紅熱，腦膜炎 ，不幸又患了

28、流行性霍亂，于，不幸又患了流行性霍亂，于 18321832年去世，享年年去世，享年3636歲。卡諾的歲?？ㄖZ的 這一思想，在這一思想，在18781878年才由其弟弟年才由其弟弟 整理發(fā)表，但熱力學第一定律已整理發(fā)表，但熱力學第一定律已 建立建立2727年。年。 總之總之，到了，到了1919世紀世紀4040年代前后，歐洲科學年代前后，歐洲科學 界已經(jīng)普遍蘊含著一種思想氣氛，以一種聯(lián)系界已經(jīng)普遍蘊含著一種思想氣氛，以一種聯(lián)系 的觀點去觀察自然現(xiàn)象。正是在這種情況下，的觀點去觀察自然現(xiàn)象。正是在這種情況下， 以西歐為中心，從事七八種專業(yè)的十多位科學以西歐為中心，從事七八種專業(yè)的十多位科學 家，分別通

29、過不同途徑，各自獨立的發(fā)現(xiàn)了能家，分別通過不同途徑，各自獨立的發(fā)現(xiàn)了能 量守恒原理。量守恒原理。 貢獻最為突出的有三位科學家，他們是：德貢獻最為突出的有三位科學家，他們是：德 國的醫(yī)生國的醫(yī)生邁爾邁爾，英國的實驗物理學家，英國的實驗物理學家焦耳焦耳, ,德國德國 的生物學家、物理學家的生物學家、物理學家亥姆霍茲亥姆霍茲。 熱熱 力力 學學 第第 一一 定定 律律 的的 建建 立立 1.德國的邁爾德國的邁爾 羅伯特羅伯特邁爾（邁爾（Robert Robert Mayer,1814-1878)Mayer,1814-1878)邁爾，邁爾，18141814出生出生 于德國海爾布隆一個藥劑師家庭，于德國

30、海爾布隆一個藥劑師家庭， 18321832年進入蒂賓根大學醫(yī)學系學習年進入蒂賓根大學醫(yī)學系學習 ，18371837年因參加一個秘密學生團體年因參加一個秘密學生團體 而被捕并被學校開除，而被捕并被學校開除，18381838年完成年完成 醫(yī)學博士學位論文答辯，獲醫(yī)師執(zhí)醫(yī)學博士學位論文答辯，獲醫(yī)師執(zhí) 照而開始行醫(yī)。照而開始行醫(yī)。18401840年年-1841-1841年擔任年擔任 開往東印度的荷蘭輪船的隨船醫(yī)生開往東印度的荷蘭輪船的隨船醫(yī)生 。 熱熱 力力 學學 第第 一一 定定 律律 的的 建建 立立 邁爾像邁爾像 二二.確立能量轉化與守恒定律的三位科學家確立能量轉化與守恒定律的三位科學家 在一次

31、駛往印度尼西亞的航行中，給生病的船員做手在一次駛往印度尼西亞的航行中，給生病的船員做手 術時，發(fā)現(xiàn)血的顏色比溫帶地區(qū)的新鮮紅亮。經(jīng)過思考，術時，發(fā)現(xiàn)血的顏色比溫帶地區(qū)的新鮮紅亮。經(jīng)過思考， 他認為，在熱帶高溫情況下，機體消耗食物和氧的量減少他認為，在熱帶高溫情況下，機體消耗食物和氧的量減少 ，所以靜脈血中流下了較多的氧。，所以靜脈血中流下了較多的氧。 18411841年年航行結束后，撰寫了航行結束后，撰寫了論力的質和量的測定論力的質和量的測定 ，并，并18411841年年7 7月寄給當時的德國物理學雜志主編月寄給當時的德國物理學雜志主編波根道夫波根道夫 (J.C.Poggendorff)(J.

32、C.Poggendorff)，但被認為邁爾的文章引入了思辯性內容，但被認為邁爾的文章引入了思辯性內容 且缺少精確的實驗根據(jù)而未發(fā)表。且缺少精確的實驗根據(jù)而未發(fā)表。 熱熱 力力 學學 第第 一一 定定 律律 的的 建建 立立 18421842年撰文年撰文論無機界的力論無機界的力，被一向注意各種力之間關系，被一向注意各種力之間關系 的李比希發(fā)表于他主編的的李比希發(fā)表于他主編的化學和藥學年刊化學和藥學年刊上。上。 在這篇文章中，邁爾從在這篇文章中，邁爾從“無中生有，有中生無無中生有，有中生無”和和“原因等原因等 于結果于結果”等哲學觀點出發(fā)，表達了物理、化學過程中的力（等哲學觀點出發(fā)，表達了物理、化

33、學過程中的力（ 能量）的守恒思想?？疾炝擞媚芰浚┑氖睾闼枷?。考察了用“下落力下落力”轉化為運動來論證轉化為運動來論證 力的轉化和守恒。力的轉化和守恒。 在這篇文章的末尾，提出了建立不同的力之間數(shù)值上的當量在這篇文章的末尾，提出了建立不同的力之間數(shù)值上的當量 關系的必要性。關系的必要性。“例如我們應確定，為把與該物體重量相等例如我們應確定，為把與該物體重量相等 的水從的水從00加熱到加熱到11，應該把這個重物生起多高，應該把這個重物生起多高”。 18451845年寫了年寫了與有機運動相聯(lián)系的新陳代謝與有機運動相聯(lián)系的新陳代謝。但這篇文章。但這篇文章 也被拒絕發(fā)表，邁爾只好以小冊子的形式自費發(fā)行。

34、文中寫也被拒絕發(fā)表，邁爾只好以小冊子的形式自費發(fā)行。文中寫 道：道：“力的轉化與守恒定律是支配宇宙的普遍規(guī)律。力的轉化與守恒定律是支配宇宙的普遍規(guī)律?！?” 并并 具體考察了具體考察了5 5種不同形式的力：種不同形式的力： 第一種，運動的力：第一種，運動的力：實際為動能，他以彈性碰撞為例，指出實際為動能，他以彈性碰撞為例，指出 在彈性碰撞過程中在彈性碰撞過程中“活力守恒活力守恒”。 第二種力：下落力，第二種力：下落力，即重力勢能。邁爾指出，即重力勢能。邁爾指出，“下落力的大下落力的大 小以重量和這個高度的乘積來量度小以重量和這個高度的乘積來量度”。 第三種力：熱。第三種力：熱。“熱力是能夠轉化

35、為運動的力熱力是能夠轉化為運動的力”。蒸汽機車。蒸汽機車 就是例證。并具體計算了熱功當量：氣體在定壓膨脹時，溫就是例證。并具體計算了熱功當量：氣體在定壓膨脹時，溫 度每改變度每改變11，體積體積約增大，體積體積約增大1/2741/274，所以，所以在這個過程中氣在這個過程中氣 體對外做的功體對外做的功相當于反抗相當于反抗1.0331.033千克的力移動千克的力移動1/2741/274厘米時的厘米時的 功。即功。即A=1.033A=1.0331/27400kgm = 3.781/27400kgm = 3.781010-5 -5kgm kgm。 第四種力：磁和電；第五種力：化學力。第四種力：磁和電

36、；第五種力：化學力。并列舉了這些并列舉了這些“力力 ”之間相互轉化的之間相互轉化的2525種形式。種形式。 19481948年出版了年出版了天體動力學天體動力學。 就在這一年，由于許多人的工作，能量守恒原理已得就在這一年，由于許多人的工作，能量守恒原理已得 到普遍承認，但卻發(fā)生了到普遍承認，但卻發(fā)生了“能量守恒定律能量守恒定律”發(fā)現(xiàn)優(yōu)先權的發(fā)現(xiàn)優(yōu)先權的 爭論。焦耳等英國學者否定其工作，認為他只是預見了在爭論。焦耳等英國學者否定其工作，認為他只是預見了在 熱和功之間存在一定的數(shù)值關系，但沒有完成熱功當量的熱和功之間存在一定的數(shù)值關系，但沒有完成熱功當量的 計算。邁爾則發(fā)表文章進行反駁，并指出自己

37、在計算。邁爾則發(fā)表文章進行反駁，并指出自己在18421842年就年就 已經(jīng)公布了熱和活力的等價性及其數(shù)值關系。但英國雜志已經(jīng)公布了熱和活力的等價性及其數(shù)值關系。但英國雜志 上只出現(xiàn)批評邁爾的文章，而不刊登邁爾的答辯文章。一上只出現(xiàn)批評邁爾的文章，而不刊登邁爾的答辯文章。一 部分德國物理學家譏笑他不懂物理，而在此期間他的兩個部分德國物理學家譏笑他不懂物理，而在此期間他的兩個 孩子夭折，孩子夭折，18481848年德國革命時由于他觀點保守而被起義者年德國革命時由于他觀點保守而被起義者 逮捕，致使其于逮捕，致使其于18491849年年5 5月跳樓自殺未遂，造成終身殘疾，月跳樓自殺未遂，造成終身殘疾，

38、 18511851年患腦炎被人當作瘋子送進瘋人院。直到年患腦炎被人當作瘋子送進瘋人院。直到18621862年才恢年才恢 復科學活動。復科學活動。 熱熱 力力 學學 第第 一一 定定 律律 的的 建建 立立 邁爾是將熱學觀點用于有機世界研究的第一邁爾是將熱學觀點用于有機世界研究的第一 人。恩格斯對邁爾的工作給予很高的評價。人。恩格斯對邁爾的工作給予很高的評價。 2.海爾曼海爾曼 亥姆霍茲亥姆霍茲(Hermann Helmholtz,1821-1894) 18211821年年8 8月月3131日生于德國波茨坦，日生于德國波茨坦，18381838年考入柏林雷年考入柏林雷 德里克德里克威廉皇家醫(yī)學院，

39、以優(yōu)異成績于威廉皇家醫(yī)學院，以優(yōu)異成績于18421842年畢業(yè)，擔年畢業(yè)，擔 任了軍醫(yī)，并開始進行物理學研究。任了軍醫(yī)，并開始進行物理學研究。18471847年，在不了解邁年，在不了解邁 爾等人工作的情況下，提出了能量守恒和轉化定律。爾等人工作的情況下，提出了能量守恒和轉化定律。18551855 年最早測量了神經(jīng)脈動速率，把物理方法應用于神經(jīng)系統(tǒng)年最早測量了神經(jīng)脈動速率，把物理方法應用于神經(jīng)系統(tǒng) 的研究，由此被稱為的研究，由此被稱為生物物理學的鼻祖生物物理學的鼻祖。先后擔任波恩大。先后擔任波恩大 學、柯尼斯堡大學、海德爾貝格大學等校的生理學教授，學、柯尼斯堡大學、海德爾貝格大學等校的生理學教授

40、， 18711871年起，在柏林大學任物理學教授，年起，在柏林大學任物理學教授，18881888年任夏洛騰堡年任夏洛騰堡 物理技術研究所所長。著有物理技術研究所所長。著有生物光學手冊生物光學手冊、音樂理音樂理 論的生理基礎論的生理基礎、論力的守恒論力的守恒等書。培養(yǎng)了一大批優(yōu)等書。培養(yǎng)了一大批優(yōu) 秀人才。赫茲、普朗克等人都是他的學生。秀人才。赫茲、普朗克等人都是他的學生。 熱熱 力力 學學 第第 一一 定定 律律 的的 建建 立立 亥姆霍茲認為，大自然是統(tǒng)一的，亥姆霍茲認為，大自然是統(tǒng)一的， 自然力是守恒的。自然力是守恒的。18471847年，發(fā)表著名論年，發(fā)表著名論 文文力的守恒力的守恒，闡

41、述了有心力作用下，闡述了有心力作用下 機械能守恒原理：機械能守恒原理：“當自由質點在吸力當自由質點在吸力 和斥力作用下而運動的一切場合，所具和斥力作用下而運動的一切場合，所具 有的活力和張力總是守恒的。有的活力和張力總是守恒的?！边@里活這里活 力是動能，張力是勢能。但同樣由于論力是動能，張力是勢能。但同樣由于論 文中含有思辯性內容而未能發(fā)表，因此文中含有思辯性內容而未能發(fā)表，因此 亥姆霍茲也以小冊子的形式在柏林單獨亥姆霍茲也以小冊子的形式在柏林單獨 出版了這篇論文。出版了這篇論文。 但亥姆霍茲并沒有參與優(yōu)先權的但亥姆霍茲并沒有參與優(yōu)先權的 問題，后來他了解了邁爾的論文后說問題，后來他了解了邁爾

42、的論文后說“ 我們必須承認，邁爾不依賴于別人而獨我們必須承認，邁爾不依賴于別人而獨 立發(fā)現(xiàn)了這個思想。立發(fā)現(xiàn)了這個思想?！?熱熱 力力 學學 第第 一一 定定 律律 的的 建建 立立 亥姆霍茲亥姆霍茲 像像 3.焦耳焦耳(James Prescott Joule,1818-1889)的實驗研究的實驗研究 焦耳焦耳(1818-1889)(1818-1889)是英國著名的實驗物理學家，家境富裕。是英國著名的實驗物理學家，家境富裕。 1616歲在名家道爾頓處學習，使他對科學濃厚興趣。歲在名家道爾頓處學習，使他對科學濃厚興趣。 當時電機剛出現(xiàn)，焦耳注意到電機和電路中的發(fā)熱現(xiàn)象，當時電機剛出現(xiàn)，焦耳注意

43、到電機和電路中的發(fā)熱現(xiàn)象， 通過實驗，通過實驗，焦耳于焦耳于18401840年發(fā)現(xiàn)年發(fā)現(xiàn):“:“產(chǎn)生的熱量與導體電阻和電產(chǎn)生的熱量與導體電阻和電 流平方成正比流平方成正比”并發(fā)表于并發(fā)表于論伏打電所產(chǎn)生的熱論伏打電所產(chǎn)生的熱論文中，這論文中，這 就是著名的焦耳就是著名的焦耳楞次定律。楞次定律。 18431843年進行了感應電流產(chǎn)生的熱效應和電解時熱效應的實年進行了感應電流產(chǎn)生的熱效應和電解時熱效應的實 驗，寫了兩篇關鍵性論文驗，寫了兩篇關鍵性論文論磁電的熱效應和熱的機械值論磁電的熱效應和熱的機械值 和和論水電解時產(chǎn)生的熱論水電解時產(chǎn)生的熱，明確指出：明確指出：“自然界的能是不能自然界的能是不能

44、 消滅的，哪里消耗了機械能，總能得到相應的熱，熱只是能的消滅的，哪里消耗了機械能，總能得到相應的熱，熱只是能的 一種形式。一種形式。” 焦耳使一個線圈在電磁體的兩極之間轉動產(chǎn)生感應電流，焦耳使一個線圈在電磁體的兩極之間轉動產(chǎn)生感應電流， 線圈放在量熱器內，證實了熱可以由磁電機產(chǎn)生。從這個實驗線圈放在量熱器內，證實了熱可以由磁電機產(chǎn)生。從這個實驗 焦耳立即領悟到熱和機械功可以互相轉化，在轉化過程中遵從焦耳立即領悟到熱和機械功可以互相轉化，在轉化過程中遵從 一定的當量關系。一定的當量關系。 熱熱 力力 學學 第第 一一 定定 律律 的的 建建 立立 為了測定機械功和熱之間的轉換關系，焦耳設計了為了

45、測定機械功和熱之間的轉換關系，焦耳設計了“ 熱功當量實驗儀熱功當量實驗儀”，焦耳在磁電機線圈的轉軸上繞兩條線，焦耳在磁電機線圈的轉軸上繞兩條線， 跨過兩個定滑輪后掛上幾磅重的砝碼，由砝碼的重量和下落跨過兩個定滑輪后掛上幾磅重的砝碼，由砝碼的重量和下落 的距離計算出所做的功。測得熱功當量為的距離計算出所做的功。測得熱功當量為428.9428.9千克力米千克力米/ /千千 卡。卡。18441844年又做了把水壓入毛細管的實驗和壓縮空氣實驗，年又做了把水壓入毛細管的實驗和壓縮空氣實驗， 測出了熱功當量分別為測出了熱功當量分別為424.9424.9千克力米千克力米/ /千卡和千卡和443.8443.8

46、千克力千克力 米米/ /千卡。千卡。 18491849年發(fā)表年發(fā)表論熱功當量論熱功當量。 焦耳測定熱功當量的工作一直進行到焦耳測定熱功當量的工作一直進行到18781878年，先后采用不年，先后采用不 同的方法做了同的方法做了400400多次實驗。以精確的數(shù)據(jù)為能量守恒原理多次實驗。以精確的數(shù)據(jù)為能量守恒原理 提供了無可置疑的實驗證明。提供了無可置疑的實驗證明。18501850年焦耳當選為英國皇家年焦耳當選為英國皇家 學會會員。學會會員。 18781878年發(fā)表年發(fā)表熱功當量的新測定熱功當量的新測定，最后得到的數(shù)值為，最后得到的數(shù)值為 423.85423.85千克千克米米/ /千卡。千卡。 焦爾

47、測量熱功當量的一種實驗裝置焦爾測量熱功當量的一種實驗裝置 -漿葉實驗漿葉實驗 焦耳像焦耳像 由于當時熱質說占主導地位，焦耳的研究和當時法國工由于當時熱質說占主導地位，焦耳的研究和當時法國工 程師們所建立的熱機理論相矛盾，因此焦耳的研究也并不順程師們所建立的熱機理論相矛盾，因此焦耳的研究也并不順 利。利。18431843年焦耳證實了熱是一種能量交換的形式，遭到了一年焦耳證實了熱是一種能量交換的形式，遭到了一 些大物理學家的懷疑和不信任，些大物理學家的懷疑和不信任，18441844年，他要求在皇家學會年，他要求在皇家學會 宣讀自己的論文，遭到拒絕。宣讀自己的論文，遭到拒絕。18471847年在牛津

48、舉行的英國科學年在牛津舉行的英國科學 促進會上，會議主席以會議內容太多為由，要求他只將其實促進會上，會議主席以會議內容太多為由，要求他只將其實 驗做簡單介紹。結果當時著名的物理學家驗做簡單介紹。結果當時著名的物理學家W.W.湯姆遜湯姆遜對焦耳的對焦耳的 實驗和觀點提出質疑，從而引起人們對焦耳工作的注意。此實驗和觀點提出質疑，從而引起人們對焦耳工作的注意。此 后，焦耳繼續(xù)努力，后，焦耳繼續(xù)努力，18501850年當選為英國皇家學會會員，這也年當選為英國皇家學會會員，這也 標志著英國科學界觀點的明顯轉變。標志著英國科學界觀點的明顯轉變。 但是關于這一原理的表述并不完善，恩格斯指出，運動但是關于這一

49、原理的表述并不完善，恩格斯指出，運動 的不滅性不能僅僅從數(shù)量上去把握，還應從質的轉化上去理的不滅性不能僅僅從數(shù)量上去把握，還應從質的轉化上去理 解。于是恩格斯將這一原理稱之為解。于是恩格斯將這一原理稱之為“能量轉化和守恒定律能量轉化和守恒定律” 。 永動機的研究永動機的研究 永動機的研究是導致能量守恒原理建立的另一個重要線永動機的研究是導致能量守恒原理建立的另一個重要線 索。索。 早期最著名的一個永動機設計方案，是十三世紀的法國早期最著名的一個永動機設計方案，是十三世紀的法國 人人亨內考亨內考(Villard de Honnecourt)設計的。如下圖設計的。如下圖( (左左) )所示。所示。

50、 后來后來列奧多列奧多也設計了一臺類似的裝置，如下圖也設計了一臺類似的裝置，如下圖( (右右) )。 永動機永動機 4 熱力學第一定律的表述熱力學第一定律的表述 熱力學第一定律即能量守恒和轉化定律，其熱力學第一定律即能量守恒和轉化定律，其 第一種表述為：第一種表述為：自然界一切物質都具有能量，能量有各種不自然界一切物質都具有能量，能量有各種不 同的形式，能夠從一種形式轉化為另一種形式，從一個同的形式，能夠從一種形式轉化為另一種形式，從一個 物體傳遞給另一個物體，在轉化和傳遞中能量的數(shù)量不物體傳遞給另一個物體，在轉化和傳遞中能量的數(shù)量不 變。變。 熱熱 力力 學學 第第 一一 定定 律律 的的

51、建建 立立 能量守恒和轉化定律是自然界基本規(guī)律，恩格斯曾將能量守恒和轉化定律是自然界基本規(guī)律，恩格斯曾將它它 和進化論、細胞學說并列為和進化論、細胞學說并列為1919世紀的三大發(fā)現(xiàn)世紀的三大發(fā)現(xiàn)。 第二種表述為第二種表述為：第一種永動機是不可能造成的。：第一種永動機是不可能造成的。 數(shù)學表達式為：數(shù)學表達式為：U U2 2-U-U1 1=Q+A=Q+A U U內能，狀態(tài)函數(shù)內能，狀態(tài)函數(shù) 5.5.熱力學第一定律建立的成因熱力學第一定律建立的成因 1 1）理論）理論邁爾邁爾 2 2）實驗）實驗焦耳焦耳 3 3）一批科學家的不懈努力）一批科學家的不懈努力 4 4）說明了客觀條件成熟，相應的自然規(guī)律

52、一定會）說明了客觀條件成熟，相應的自然規(guī)律一定會 發(fā)現(xiàn)。發(fā)現(xiàn)。 熱熱 力力 學學 第第 一一 定定 律律 的的 建建 立立 熱熱 力力 學學 第第 二二 定定 律律 的的 建建 立立 3 3 熱力學第二定律的建立熱力學第二定律的建立 熱力學第一定律確定了一個封閉系統(tǒng)的能熱力學第一定律確定了一個封閉系統(tǒng)的能 量是一定的，確定了各種形式能量之間轉化的量是一定的，確定了各種形式能量之間轉化的 當量關系。當量關系。但它對能量轉化過程所進行的方向但它對能量轉化過程所進行的方向 和限度并未給出規(guī)定和判斷。和限度并未給出規(guī)定和判斷。比如熱不會自動比如熱不會自動 地由低溫傳向高溫，過程具有方向性。這就導地由低

53、溫傳向高溫，過程具有方向性。這就導 致了熱力學第二定律的出臺。德國的致了熱力學第二定律的出臺。德國的克勞修斯克勞修斯 、英國的威廉、英國的威廉湯姆遜湯姆遜（即開爾文）和奧地利的（即開爾文）和奧地利的 玻玻爾茲曼爾茲曼等科學家為此做了重要貢獻。等科學家為此做了重要貢獻。19171917年年 ，德國能斯特進一步提出，德國能斯特進一步提出“絕對零度是不可能絕對零度是不可能 達到的達到的”熱力學第三定律。熱力學第三定律。 一一 卡諾卡諾(Sadi Carnot,1796-1832)(Sadi Carnot,1796-1832)的熱機理論的熱機理論 熱熱 力力 學學 第第 二二 定定 律律 的的 建建

54、立立 類比：類比：蒸汽機的熱質（熱質說）從高溫加熱器傳向低蒸汽機的熱質（熱質說）從高溫加熱器傳向低 溫冷凝器而做功，就好象水車靠水從高處流向低處而做功一溫冷凝器而做功，就好象水車靠水從高處流向低處而做功一 樣。從而得出一正確結論：蒸汽機至少必須工作在一個高溫樣。從而得出一正確結論：蒸汽機至少必須工作在一個高溫 熱源和一個低溫熱源之間，凡是有溫差的地方就能夠產(chǎn)生動熱源和一個低溫熱源之間，凡是有溫差的地方就能夠產(chǎn)生動 力。但他認為在這一過程中熱質守恒，即從高溫熱源放出的力。但他認為在這一過程中熱質守恒，即從高溫熱源放出的 熱量和低溫熱源接收的熱量相等。熱量和低溫熱源接收的熱量相等。 1824 18

55、24年，卡諾出版了年，卡諾出版了關于火的動力思考關于火的動力思考，總結了他早，總結了他早 期的研究成果。他給自己提出的實際任務是：闡明熱機工作的期的研究成果。他給自己提出的實際任務是：闡明熱機工作的 原理，找出熱機不完善的原因，以提高熱機的效率。原理，找出熱機不完善的原因，以提高熱機的效率。 在研究工作中，在研究工作中，卡諾出色運用了類比和建立理想模型的方卡諾出色運用了類比和建立理想模型的方 法。法。 薩迪薩迪卡諾，卡諾，法國工程師，法國工程師，18121812年進入巴黎多科工藝學院年進入巴黎多科工藝學院 學習，學習，18141814年又進入工兵學校學習軍事，年又進入工兵學校學習軍事，1816

56、1816年成為軍事工年成為軍事工 程師，程師，18281828年退役，之后專心研究熱機理論。年退役，之后專心研究熱機理論。18321832年年8 8月月2424日日 因霍亂病逝。因霍亂病逝。 19 19世紀初，蒸汽機在英國使用已有世紀初，蒸汽機在英國使用已有100100多年的歷史，大多年的歷史，大 拿英國的工程師如瓦特等，大多是自學成材，他們憑借實踐拿英國的工程師如瓦特等，大多是自學成材，他們憑借實踐 經(jīng)驗和熟練的技術摸索著改進蒸汽機。但在法國則不同，法經(jīng)驗和熟練的技術摸索著改進蒸汽機。但在法國則不同，法 國的理論科學家和實用工程師多是在學院中培養(yǎng)出來的，他國的理論科學家和實用工程師多是在學院

57、中培養(yǎng)出來的，他 們更注意蒸汽機的理論和原理的研究?？ㄖZ就是如此?？ㄖZ們更注意蒸汽機的理論和原理的研究?？ㄖZ就是如此?？ㄖZ 分析了蒸汽機的基本結構和工作過程后，撇開了一切次要因分析了蒸汽機的基本結構和工作過程后，撇開了一切次要因 素，以普遍理論的形式提出了熱機的理想模型。素，以普遍理論的形式提出了熱機的理想模型。 理想熱機理想熱機的效率僅取決于加熱器和冷凝器的溫度，與工的效率僅取決于加熱器和冷凝器的溫度，與工 作物質無關，其工作過程由兩個等溫過程（當工作物質與兩作物質無關，其工作過程由兩個等溫過程（當工作物質與兩 個熱源接觸時）和兩個絕熱過程（當工作物質和兩個熱源脫個熱源接觸時）和兩個絕熱過程

58、（當工作物質和兩個熱源脫 離時）組成一個循環(huán)。且它的一切過程可以逆方向進行，稱離時）組成一個循環(huán)。且它的一切過程可以逆方向進行，稱 為可逆卡諾熱機。并且由此得出：任何實際熱機的效率都不為可逆卡諾熱機。并且由此得出：任何實際熱機的效率都不 可能大于在同樣兩熱源之間工作的卡諾熱機的效率?？赡艽笥谠谕瑯觾蔁嵩粗g工作的卡諾熱機的效率。 但由于他的過早病逝，使他未能繼續(xù)熱機的研究。但由于他的過早病逝，使他未能繼續(xù)熱機的研究。 二二 熱力學第二定律的物理表述熱力學第二定律的物理表述 1.1.熱力學第二定律的提出熱力學第二定律的提出： 1919世紀中葉，開爾文（即威廉世紀中葉，開爾文（即威廉湯姆遜）提出，

59、根據(jù)能量湯姆遜）提出，根據(jù)能量 的轉化和守恒定律，對于熱機應有的轉化和守恒定律，對于熱機應有Q Q1 1=Q=Q2 2+A+A，所以熱機的效率，所以熱機的效率 為：為：=A/Q=A/Q1 1=(Q=(Q1 1-Q-Q2 2)/Q)/Q1 1= =1-1-Q Q2 2/Q/Q1 1 從此式可看出，從此式可看出，Q Q2 2越小，熱機效率越小，熱機效率越高。當越高。當Q Q2 2=0=0時時 =1=1，但大量事實說明熱機不可能只從單一熱源吸取熱量完，但大量事實說明熱機不可能只從單一熱源吸取熱量完 全變?yōu)楣?，而不可避免地將一部分熱量傳給低溫熱源。全變?yōu)楣?，而不可避免地將一部分熱量傳給低溫熱源。 18

60、511851年，開爾文在總結這些及其它一些實驗經(jīng)驗的基礎年，開爾文在總結這些及其它一些實驗經(jīng)驗的基礎 上提出了上提出了熱力學第二定律的開爾文表述：熱力學第二定律的開爾文表述：不可能從單一熱源不可能從單一熱源 吸取熱量，使之完全變?yōu)橛杏玫墓Χ划a(chǎn)生其他影響。吸取熱量，使之完全變?yōu)橛杏玫墓Χ划a(chǎn)生其他影響。 熱力學第二定律的第二種開爾文表述為：熱力學第二定律的第二種開爾文表述為：第二種永動機第二種永動機 是不可能造成的。是不可能造成的。 克勞修斯的貢獻：克勞修斯的貢獻： 克勞修斯同樣發(fā)現(xiàn)了卡諾的失誤，因為熱機從高溫熱源克勞修斯同樣發(fā)現(xiàn)了卡諾的失誤，因為熱機從高溫熱源 得到的熱量得到的熱量Q Q1