四能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的確定

1、能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的確立能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的確立思考題思考題1、能量守恒原理的初步思想，在近代自然科學(xué)發(fā)展的哪時(shí)、能量守恒原理的初步思想，在近代自然科學(xué)發(fā)展的哪時(shí)期就盟發(fā)出來的期就盟發(fā)出來的,是哪個(gè)學(xué)科最先提出來的，被稱為什么是哪個(gè)學(xué)科最先提出來的，被稱為什么定律定律?2、“功功”這一概念是在哪個(gè)國家、從哪個(gè)方面的研究中引這一概念是在哪個(gè)國家、從哪個(gè)方面的研究中引入物理學(xué)的？入物理學(xué)的？ 3、 “能量能量”這一概念，最早是由誰于哪一年提出的？這一概念，最早是由誰于哪一年提出的？ 4、德國哲學(xué)家黑格爾提出了各種現(xiàn)象之間相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)化、德國哲學(xué)家黑格爾提出了各種現(xiàn)象之間相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)化的思想包括哪些

2、內(nèi)容？的思想包括哪些內(nèi)容？能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的確立能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的確立一一、運(yùn)動(dòng)不滅思想的發(fā)展運(yùn)動(dòng)不滅思想的發(fā)展二、各種自然現(xiàn)象之間聯(lián)系與轉(zhuǎn)化的發(fā)現(xiàn)二、各種自然現(xiàn)象之間聯(lián)系與轉(zhuǎn)化的發(fā)現(xiàn)三、幾位科學(xué)家的工作三、幾位科學(xué)家的工作四、能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的確立四、能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的確立一、運(yùn)動(dòng)不滅思想的發(fā)展一、運(yùn)動(dòng)不滅思想的發(fā)展1、“運(yùn)動(dòng)不滅運(yùn)動(dòng)不滅”思想的提出思想的提出 運(yùn)動(dòng)不滅思想早在中國古代和古希臘，就已運(yùn)動(dòng)不滅思想早在中國古代和古希臘，就已被哲學(xué)家們提出被哲學(xué)家們提出 1644年，年，笛卡爾笛卡爾明確指出物質(zhì)有一個(gè)明確指出物質(zhì)有一個(gè)一定量一定量的運(yùn)動(dòng)，這個(gè)量是從來不增加也從來不減少的運(yùn)動(dòng)

3、，這個(gè)量是從來不增加也從來不減少的幾乎與的幾乎與笛卡爾笛卡爾同時(shí)，明末清初的思想家同時(shí)，明末清初的思想家王夫王夫之之也通過實(shí)踐的觀察，從也通過實(shí)踐的觀察，從哲學(xué)哲學(xué)上提出了運(yùn)動(dòng)不滅上提出了運(yùn)動(dòng)不滅思想思想 2、能量守恒原理的初步思想能量守恒原理的初步思想 能量守恒原理的初步思想，在近代自然科學(xué)能量守恒原理的初步思想，在近代自然科學(xué)發(fā)展的初期就盟發(fā)出來，而且是在發(fā)展的初期就盟發(fā)出來，而且是在力學(xué)力學(xué)中最先提中最先提出來的，一直被稱為出來的，一直被稱為“活力守恒活力守恒”定律（定律（機(jī)械能機(jī)械能守恒守恒）,伽利略、惠更斯、萊布尼茨和伽利略、惠更斯、萊布尼茨和D伯努利等伯努利等人對這一定律的建立都做

4、出過自己的貢獻(xiàn)。人對這一定律的建立都做出過自己的貢獻(xiàn)。 伽利略將力與路程的乘積稱為伽利略將力與路程的乘積稱為“矩矩”；萊布；萊布尼茨把與重量和高度的乘積等值的運(yùn)動(dòng)作為基本尼茨把與重量和高度的乘積等值的運(yùn)動(dòng)作為基本量量來考察運(yùn)動(dòng)的量度量量來考察運(yùn)動(dòng)的量度“活力活力”。 從從1820年起，在法國出版的一系列工程技術(shù)論著中，年起，在法國出版的一系列工程技術(shù)論著中，“功功”這個(gè)概念逐漸被確立為一個(gè)重要概念。這個(gè)概念逐漸被確立為一個(gè)重要概念。法國工程法國工程師師卡諾卡諾以重物與升高和乘積來評價(jià)機(jī)器的功效，他把這以重物與升高和乘積來評價(jià)機(jī)器的功效，他把這個(gè)量稱為個(gè)量稱為“作用矩作用矩”。法國數(shù)學(xué)家。法國數(shù)

5、學(xué)家蒙日蒙日把功作為把功作為“動(dòng)力動(dòng)力效應(yīng)效應(yīng)”。1829年，法國物理學(xué)家年，法國物理學(xué)家科里奧利科里奧利堅(jiān)決主張活力堅(jiān)決主張活力應(yīng)表示為，因?yàn)檫@樣一來它在數(shù)值上就會(huì)等于它所做的應(yīng)表示為，因?yàn)檫@樣一來它在數(shù)值上就會(huì)等于它所做的功。法國工程師功。法國工程師彭塞利彭塞利在同年明確地推薦了在同年明確地推薦了“功功”這一這一術(shù)語，并提出了機(jī)械過程中的能量守恒原理：功的代數(shù)術(shù)語，并提出了機(jī)械過程中的能量守恒原理：功的代數(shù)和的二倍等于活力的和；任何時(shí)候都不能從無中產(chǎn)生功和的二倍等于活力的和；任何時(shí)候都不能從無中產(chǎn)生功或活力，功或活力也不能轉(zhuǎn)化為無，而只能組成無。這或活力，功或活力也不能轉(zhuǎn)化為無，而只能組成

6、無。這樣，樣，“功功”這一概念就從機(jī)械效率的研究中引入物理學(xué)。這一概念就從機(jī)械效率的研究中引入物理學(xué)。 “能量能量”這一概念，最早是由英國物理這一概念，最早是由英國物理學(xué)家學(xué)家托馬斯托馬斯.楊楊于于1807年提出的。他在他的年提出的。他在他的自然哲學(xué)講義自然哲學(xué)講義中寫道：中寫道：“應(yīng)該用能量應(yīng)該用能量一詞來表示物體的質(zhì)量或重量與表示速度一詞來表示物體的質(zhì)量或重量與表示速度的數(shù)的平方的乘積的數(shù)的平方的乘積”不過他的這個(gè)意見不過他的這個(gè)意見并未引起人們的重視，直到并未引起人們的重視，直到1853年才被年才被W .湯姆孫湯姆孫所采用。所采用。 3.永動(dòng)機(jī)的研究永動(dòng)機(jī)的研究 隨著隨著“能量能量”的提

7、出，人們開始致的提出，人們開始致 力于力于永動(dòng)機(jī)永動(dòng)機(jī)的研究的研究 早期一個(gè)很著名的永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方案，早期一個(gè)很著名的永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方案， 是是13世紀(jì)一個(gè)名叫世紀(jì)一個(gè)名叫亨內(nèi)考亨內(nèi)考的法國人提出的法國人提出 來的，亨內(nèi)考在一個(gè)輪子的邊緣等距地來的，亨內(nèi)考在一個(gè)輪子的邊緣等距地 安裝安裝12根活桿，桿端裝以重錘他設(shè)想，當(dāng)輪子轉(zhuǎn)起來根活桿，桿端裝以重錘他設(shè)想，當(dāng)輪子轉(zhuǎn)起來后，由于右側(cè)的重錘距輪心更遠(yuǎn)些，就會(huì)驅(qū)使輪子永不息后，由于右側(cè)的重錘距輪心更遠(yuǎn)些，就會(huì)驅(qū)使輪子永不息地沿著順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)下去，至少要轉(zhuǎn)到輪軸磨壞時(shí)為止，地沿著順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)下去，至少要轉(zhuǎn)到輪軸磨壞時(shí)為止，但實(shí)際上輪子僅轉(zhuǎn)動(dòng)了但實(shí)際上輪

8、子僅轉(zhuǎn)動(dòng)了12圈后就停下來了圈后就停下來了亨內(nèi)考的永動(dòng)機(jī)亨內(nèi)考的永動(dòng)機(jī)馬爾基斯的永動(dòng)機(jī)馬爾基斯的永動(dòng)機(jī) 17世紀(jì)，英國的一個(gè)名叫世紀(jì)，英國的一個(gè)名叫馬爾基馬爾基 斯斯的犯人，做了一臺轉(zhuǎn)輪永動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)的犯人，做了一臺轉(zhuǎn)輪永動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 輪的直徑約輪的直徑約4.3米，米， 有有12個(gè)質(zhì)量均為個(gè)質(zhì)量均為 23千克的重球沿轉(zhuǎn)輪輻條向外運(yùn)動(dòng)，千克的重球沿轉(zhuǎn)輪輻條向外運(yùn)動(dòng)， 輪流驅(qū)使轉(zhuǎn)輪不斷轉(zhuǎn)動(dòng)據(jù)說他曾向英國國王查理一輪流驅(qū)使轉(zhuǎn)輪不斷轉(zhuǎn)動(dòng)據(jù)說他曾向英國國王查理一世表演過這一裝置，國王見了十分高興，就釋放了他，世表演過這一裝置，國王見了十分高興，就釋放了他，其實(shí)這臺機(jī)器由于有較大的自重，經(jīng)推動(dòng)后能依靠慣其實(shí)這臺機(jī)器由

9、于有較大的自重，經(jīng)推動(dòng)后能依靠慣性維持一段時(shí)間，終究還是要停止轉(zhuǎn)動(dòng)的性維持一段時(shí)間，終究還是要停止轉(zhuǎn)動(dòng)的 二各種自然現(xiàn)象之間聯(lián)系與轉(zhuǎn)化的發(fā)現(xiàn)二各種自然現(xiàn)象之間聯(lián)系與轉(zhuǎn)化的發(fā)現(xiàn) 自然科學(xué)方面完成的一系列重大發(fā)現(xiàn)，日益揭示出自然科學(xué)方面完成的一系列重大發(fā)現(xiàn)，日益揭示出各種自然現(xiàn)象之間的普遍聯(lián)系和轉(zhuǎn)化德國哲學(xué)家各種自然現(xiàn)象之間的普遍聯(lián)系和轉(zhuǎn)化德國哲學(xué)家黑格黑格爾爾提出了各種現(xiàn)象之間相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)化的思想提出了各種現(xiàn)象之間相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)化的思想 1、機(jī)械運(yùn)動(dòng)與熱之間的轉(zhuǎn)化、機(jī)械運(yùn)動(dòng)與熱之間的轉(zhuǎn)化 2、熱與電之間的轉(zhuǎn)化、熱與電之間的轉(zhuǎn)化 3、機(jī)械運(yùn)動(dòng)與電之間的轉(zhuǎn)化、機(jī)械運(yùn)動(dòng)與電之間的轉(zhuǎn)化 4、電與磁之間的轉(zhuǎn)

10、化、電與磁之間的轉(zhuǎn)化 5、化學(xué)與電之間的轉(zhuǎn)化、化學(xué)與電之間的轉(zhuǎn)化 6、其他形式的相互之間的轉(zhuǎn)化、其他形式的相互之間的轉(zhuǎn)化1. 機(jī)械運(yùn)動(dòng)與熱之間的轉(zhuǎn)化機(jī)械運(yùn)動(dòng)與熱之間的轉(zhuǎn)化 古代早已發(fā)現(xiàn)的摩擦生熱現(xiàn)象，直接表明了古代早已發(fā)現(xiàn)的摩擦生熱現(xiàn)象，直接表明了機(jī)械運(yùn)動(dòng)向熱的轉(zhuǎn)化倫福德和戴維的實(shí)驗(yàn)進(jìn)一機(jī)械運(yùn)動(dòng)向熱的轉(zhuǎn)化倫福德和戴維的實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了這種轉(zhuǎn)化步證實(shí)了這種轉(zhuǎn)化 17、18世紀(jì)蒸汽機(jī)的發(fā)明和改進(jìn)，為熱向機(jī)世紀(jì)蒸汽機(jī)的發(fā)明和改進(jìn)，為熱向機(jī)械運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)化做出令人信服的證明械運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)化做出令人信服的證明 18211821年，德國物理學(xué)家年，德國物理學(xué)家塞貝克塞貝克(1780-1831)(1780-1831

11、) 將銅導(dǎo)線將銅導(dǎo)線與鉍導(dǎo)線連成一個(gè)閉合回路，用手握住一個(gè)結(jié)點(diǎn)使兩個(gè)與鉍導(dǎo)線連成一個(gè)閉合回路，用手握住一個(gè)結(jié)點(diǎn)使兩個(gè)結(jié)點(diǎn)間出現(xiàn)了溫差，結(jié)點(diǎn)間出現(xiàn)了溫差，塞貝克塞貝克發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線上出現(xiàn)了電流；發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線上出現(xiàn)了電流；用用冷卻一個(gè)結(jié)點(diǎn)的方法可以產(chǎn)生同樣的效應(yīng)，這就是冷卻一個(gè)結(jié)點(diǎn)的方法可以產(chǎn)生同樣的效應(yīng)，這就是“溫溫差電差電”現(xiàn)象現(xiàn)象 18341834年，法國的年，法國的瑚耳帖瑚耳帖(1785-1845)(1785-1845)發(fā)現(xiàn)了它的逆發(fā)現(xiàn)了它的逆效應(yīng)效應(yīng)在在用銅導(dǎo)線和銻導(dǎo)線連成的回路上，當(dāng)電流由銅用銅導(dǎo)線和銻導(dǎo)線連成的回路上，當(dāng)電流由銅流向銻時(shí)，流向銻時(shí)，結(jié)點(diǎn)處溫度結(jié)點(diǎn)處溫度則則下降下降了了5，實(shí)現(xiàn)了

12、，實(shí)現(xiàn)了電向熱電向熱的轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)化化 18401840年和年和18421842年，年，焦耳焦耳和和楞次楞次分別發(fā)現(xiàn)了分別發(fā)現(xiàn)了電流轉(zhuǎn)化電流轉(zhuǎn)化為熱為熱的著名定律的著名定律-焦耳焦耳- -楞次楞次定律定律2. 熱與電之間的轉(zhuǎn)化熱與電之間的轉(zhuǎn)化3. 機(jī)械運(yùn)動(dòng)與電之間的轉(zhuǎn)化機(jī)械運(yùn)動(dòng)與電之間的轉(zhuǎn)化 古人早已發(fā)現(xiàn)的古人早已發(fā)現(xiàn)的摩擦生電摩擦生電的現(xiàn)象，是機(jī)械運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，是機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為電的過程轉(zhuǎn)化為電的過程17世紀(jì)以來，人們根據(jù)這一現(xiàn)象世紀(jì)以來，人們根據(jù)這一現(xiàn)象制造了制造了摩擦起電機(jī)摩擦起電機(jī)以獲得大量的電荷以獲得大量的電荷 1821年，法拉第制成的年，法拉第制成的“電磁旋轉(zhuǎn)器電磁旋轉(zhuǎn)器”則是電則是電流產(chǎn)生

13、機(jī)械運(yùn)動(dòng)的過程流產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)的過程 這樣，機(jī)械運(yùn)動(dòng)和電運(yùn)動(dòng)之間的轉(zhuǎn)化完成了循這樣，機(jī)械運(yùn)動(dòng)和電運(yùn)動(dòng)之間的轉(zhuǎn)化完成了循環(huán)環(huán). 當(dāng)電流通過電極以及當(dāng)電流通過電極以及杯中的水銀時(shí)，磁棒就杯中的水銀時(shí)，磁棒就繞著電流周圍旋轉(zhuǎn)繞著電流周圍旋轉(zhuǎn)4. 電與磁之間轉(zhuǎn)化電與磁之間轉(zhuǎn)化 1820年年奧斯特奧斯特關(guān)于關(guān)于電流的磁效應(yīng)電流的磁效應(yīng)以及以及1831年年法拉第法拉第的的電磁感應(yīng)現(xiàn)象電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，使的發(fā)現(xiàn)，使電和磁電和磁之間的轉(zhuǎn)化完成了循之間的轉(zhuǎn)化完成了循環(huán)環(huán)電生磁電生磁 磁生電磁生電 5. 化學(xué)與電之間轉(zhuǎn)化化學(xué)與電之間轉(zhuǎn)化 1800年，年，伏打伏打經(jīng)過研究制成了經(jīng)過研究制成了“伏打電堆伏打電堆”，實(shí)

14、現(xiàn)了，實(shí)現(xiàn)了化學(xué)運(yùn)動(dòng)向電運(yùn)動(dòng)化學(xué)運(yùn)動(dòng)向電運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)化 不久，人們利用電流進(jìn)行電解，（比如：不久，人們利用電流進(jìn)行電解，（比如：充電器充電器、電解電解電容）電容）實(shí)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)了電運(yùn)動(dòng)向化學(xué)運(yùn)動(dòng)電運(yùn)動(dòng)向化學(xué)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)化伏打電堆伏打電堆 將兩種金屬（鋅和銅）板插到將兩種金屬（鋅和銅）板插到盛有鹽水或稀酸的杯子里，只要將盛有鹽水或稀酸的杯子里，只要將兩種金屬用導(dǎo)線接通，就有電流產(chǎn)兩種金屬用導(dǎo)線接通，就有電流產(chǎn)生把杯子一個(gè)個(gè)串接起來，就形生把杯子一個(gè)個(gè)串接起來，就形成電池組（用手握住兩端導(dǎo)線，身成電池組（用手握住兩端導(dǎo)線，身體就有觸電的感覺）體就有觸電的感覺）6. 其他形式的相互間轉(zhuǎn)化其他形式的相

15、互間轉(zhuǎn)化 在在18世紀(jì)，德國化學(xué)家世紀(jì)，德國化學(xué)家李比希李比希(JustusLiebig，1803 -1873)通過對發(fā)酵和腐爛過程中熱的來源的進(jìn)一步探通過對發(fā)酵和腐爛過程中熱的來源的進(jìn)一步探討，得出了它們可能來自化學(xué)變化的結(jié)論討，得出了它們可能來自化學(xué)變化的結(jié)論 1801年，德國人年，德國人李特爾李特爾研究了紫外線的化學(xué)作用；研究了紫外線的化學(xué)作用； 1839年年, 法國人法國人E.A貝克勒爾貝克勒爾發(fā)現(xiàn)光照射稀酸液發(fā)現(xiàn)光照射稀酸液中金屬板極能夠改變電池的電動(dòng)勢；中金屬板極能夠改變電池的電動(dòng)勢；1845年，年，法拉第法拉第發(fā)現(xiàn)光的偏振面的磁致偏轉(zhuǎn)發(fā)現(xiàn)光的偏振面的磁致偏轉(zhuǎn)這都是不同運(yùn)動(dòng)形式之間

16、的聯(lián)系和轉(zhuǎn)化！這都是不同運(yùn)動(dòng)形式之間的聯(lián)系和轉(zhuǎn)化！ 自然科學(xué)上的這類發(fā)現(xiàn)，在哲學(xué)上也得到了反自然科學(xué)上的這類發(fā)現(xiàn)，在哲學(xué)上也得到了反映德國哲學(xué)家映德國哲學(xué)家黑格爾黑格爾(G.F.W.Hegel,1770-1831)提出了提出了各種自然現(xiàn)象之間聯(lián)系和轉(zhuǎn)化的思想各種自然現(xiàn)象之間聯(lián)系和轉(zhuǎn)化的思想 謝林謝林(F.W.J.vonSchelhng, 1775-1854)進(jìn)一步斷言，進(jìn)一步斷言，磁的、電的、化學(xué)的、甚至有機(jī)現(xiàn)象都會(huì)被編織成一個(gè)磁的、電的、化學(xué)的、甚至有機(jī)現(xiàn)象都會(huì)被編織成一個(gè)綜合體系綜合體系；謝林還指出，；謝林還指出，光、電等現(xiàn)象都不過是同一種光、電等現(xiàn)象都不過是同一種力的不同形式力的不同形式

17、這種觀點(diǎn)，為發(fā)現(xiàn)能量守恒原理提供了這種觀點(diǎn)，為發(fā)現(xiàn)能量守恒原理提供了有利的哲學(xué)環(huán)境有利的哲學(xué)環(huán)境 到了到了1919世紀(jì)世紀(jì)4040年代前后，歐洲科學(xué)界已經(jīng)年代前后，歐洲科學(xué)界已經(jīng)普遍蘊(yùn)含著一種思想氣氛，以一種聯(lián)系的觀點(diǎn)去普遍蘊(yùn)含著一種思想氣氛，以一種聯(lián)系的觀點(diǎn)去觀察自然現(xiàn)象正是在這種情況下，以西歐為中觀察自然現(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(xué)家，分別通過心，從事七八種專業(yè)的十多位科學(xué)家，分別通過不同的途徑，各自獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了能量守恒原理不同的途徑，各自獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了能量守恒原理三三. 幾位科學(xué)家的工作幾位科學(xué)家的工作1. 邁爾的工作邁爾的工作2. 亥姆霍茲的工作亥姆霍茲

18、的工作3. 焦耳的工作焦耳的工作4. 4. 其他科學(xué)家的工作其他科學(xué)家的工作1. 邁爾的工作邁爾的工作 18401840年，年，羅伯特羅伯特邁爾邁爾(RobertMayer(RobertMayer，1814-1814-1878)1878)在一艘荷蘭船上當(dāng)隨船醫(yī)生在船從蘇臘巴亞在一艘荷蘭船上當(dāng)隨船醫(yī)生在船從蘇臘巴亞駛近爪哇時(shí)，邁爾發(fā)現(xiàn)駛近爪哇時(shí)，邁爾發(fā)現(xiàn)患病船員的靜脈血比在歐洲時(shí)患病船員的靜脈血比在歐洲時(shí)紅一些紅一些，在拉瓦錫的燃燒理論的啟示下，他想到在熱，在拉瓦錫的燃燒理論的啟示下，他想到在熱帶高溫的情況下人體只需從食物中吸收較少的熱量，帶高溫的情況下人體只需從食物中吸收較少的熱量，這使人體中

19、食物的氧化過程減弱，因而在靜脈血中留這使人體中食物的氧化過程減弱，因而在靜脈血中留下了較多的氧這個(gè)現(xiàn)象促使邁爾去思考各種自然力下了較多的氧這個(gè)現(xiàn)象促使邁爾去思考各種自然力之間的相互轉(zhuǎn)化之間的相互轉(zhuǎn)化 18411841年航行結(jié)束后，邁爾將自己的發(fā)現(xiàn)寫成一篇論年航行結(jié)束后，邁爾將自己的發(fā)現(xiàn)寫成一篇論文寄給德國權(quán)威性刊物文寄給德國權(quán)威性刊物物理學(xué)和化學(xué)年刊物理學(xué)和化學(xué)年刊由于缺由于缺少精確的實(shí)驗(yàn)根據(jù)以及邁爾在數(shù)學(xué)和物理學(xué)知識上的缺少精確的實(shí)驗(yàn)根據(jù)以及邁爾在數(shù)學(xué)和物理學(xué)知識上的缺陷，這篇論文沒有獲得發(fā)表這激勵(lì)邁爾發(fā)奮自學(xué)了數(shù)陷，這篇論文沒有獲得發(fā)表這激勵(lì)邁爾發(fā)奮自學(xué)了數(shù)學(xué)和物理學(xué)，重新寫成了學(xué)和物理學(xué)

20、，重新寫成了論無機(jī)界的力論無機(jī)界的力，被發(fā)表在，被發(fā)表在化學(xué)和藥學(xué)年刊化學(xué)和藥學(xué)年刊18421842年年5 5月號上在這篇論文中，月號上在這篇論文中，邁爾從哲學(xué)的角度得出了邁爾從哲學(xué)的角度得出了“力就是不滅的、能轉(zhuǎn)化的、力就是不滅的、能轉(zhuǎn)化的、無重量的客體無重量的客體”的結(jié)論他所說的的結(jié)論他所說的“力力”在當(dāng)時(shí)就是指在當(dāng)時(shí)就是指 “能量能量”邁爾以邁爾以“下落力下落力”( (重力勢能重力勢能) )、運(yùn)動(dòng)的、運(yùn)動(dòng)的“力力”( (動(dòng)能動(dòng)能) )和熱的轉(zhuǎn)化具體論證了力的轉(zhuǎn)化和守恒和熱的轉(zhuǎn)化具體論證了力的轉(zhuǎn)化和守恒 18541854年，邁爾自費(fèi)出版了年，邁爾自費(fèi)出版了論有機(jī)運(yùn)動(dòng)與新陳代謝論有機(jī)運(yùn)動(dòng)與新

21、陳代謝，在這篇論文中，他首先肯定了在這篇論文中，他首先肯定了力的轉(zhuǎn)化與守恒定律是支配宇力的轉(zhuǎn)化與守恒定律是支配宇宙的普遍規(guī)律宙的普遍規(guī)律接著邁爾考察了接著邁爾考察了5 5種不同形式的種不同形式的“力力”，即，即“運(yùn)動(dòng)的力運(yùn)動(dòng)的力”、“下落力下落力”、“熱熱”、“電電”和和“化學(xué)力化學(xué)力”，描述了運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化的描述了運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化的2525種情況，做出了否定熱質(zhì)和其他無重流種情況，做出了否定熱質(zhì)和其他無重流質(zhì)的結(jié)論質(zhì)的結(jié)論 邁爾根據(jù)當(dāng)氣體的溫度發(fā)生確定的變化時(shí)，定壓過程中邁爾根據(jù)當(dāng)氣體的溫度發(fā)生確定的變化時(shí)，定壓過程中吸收的熱量大于定容過程中吸收的熱量的事實(shí)，計(jì)算出熱功吸收的熱量大于定容過程中吸收的熱量的

22、事實(shí)，計(jì)算出熱功當(dāng)量的數(shù)值為當(dāng)量的數(shù)值為J=365J=365千克米千克米/ /干卡，相當(dāng)于干卡，相當(dāng)于J=3.48J=3.48焦耳焦耳/ /卡卡這這個(gè)計(jì)算方法實(shí)際上就是后來所說的邁爾公式個(gè)計(jì)算方法實(shí)際上就是后來所說的邁爾公式C CP P-C-CV V=R=R的另一種的另一種形式形式 邁爾還把自然力的轉(zhuǎn)化與守恒原理推廣到生邁爾還把自然力的轉(zhuǎn)化與守恒原理推廣到生物機(jī)體中，指出了在機(jī)體內(nèi)發(fā)生著化學(xué)力轉(zhuǎn)化為物機(jī)體中，指出了在機(jī)體內(nèi)發(fā)生著化學(xué)力轉(zhuǎn)化為其他自然力的復(fù)雜過程，并說明地球上的各種力其他自然力的復(fù)雜過程，并說明地球上的各種力都是太陽供給的，如植物把太陽的光和熱轉(zhuǎn)化為都是太陽供給的，如植物把太陽的

23、光和熱轉(zhuǎn)化為化學(xué)力，動(dòng)物通過消化食物又把這種化學(xué)力轉(zhuǎn)化化學(xué)力，動(dòng)物通過消化食物又把這種化學(xué)力轉(zhuǎn)化為體熱和肌肉運(yùn)動(dòng)的機(jī)械力為體熱和肌肉運(yùn)動(dòng)的機(jī)械力2. 亥姆霍茲的工作亥姆霍茲的工作 1847年，德國科學(xué)家年，德國科學(xué)家亥姆霍茲亥姆霍茲(Hermann Helmholtz，1821-1894)自費(fèi)出版了自費(fèi)出版了論力的守恒論力的守恒這一著名的著作，這一著名的著作，從物理假設(shè)和已有的物理理論出發(fā)，導(dǎo)出可與經(jīng)驗(yàn)相比從物理假設(shè)和已有的物理理論出發(fā)，導(dǎo)出可與經(jīng)驗(yàn)相比較的結(jié)論，論證了能量守恒原理較的結(jié)論，論證了能量守恒原理 在在“導(dǎo)言導(dǎo)言”中，亥姆霍茲首先提出了建立能量守恒原中，亥姆霍茲首先提出了建立能量守

24、恒原理的兩個(gè)出發(fā)點(diǎn)：理的兩個(gè)出發(fā)點(diǎn)：“或者從不可能借自然界物體的任何或者從不可能借自然界物體的任何組合的作用而獲得無限量作功的力這一原理出發(fā)；或者組合的作用而獲得無限量作功的力這一原理出發(fā)；或者假定自然界中一切作用都可以歸結(jié)為引力和斥力，其強(qiáng)假定自然界中一切作用都可以歸結(jié)為引力和斥力，其強(qiáng)度僅取決于相互作用的質(zhì)點(diǎn)間的距離度僅取決于相互作用的質(zhì)點(diǎn)間的距離” 亥姆霍茲認(rèn)為自然科學(xué)的基本任務(wù)就在于亥姆霍茲認(rèn)為自然科學(xué)的基本任務(wù)就在于 “把自把自然界種種現(xiàn)象歸結(jié)為固定不變的吸力或斥力，它們的強(qiáng)然界種種現(xiàn)象歸結(jié)為固定不變的吸力或斥力，它們的強(qiáng)度取決于距離度取決于距離”他指出他指出：“某質(zhì)點(diǎn)在有心力作用下

25、位某質(zhì)點(diǎn)在有心力作用下位移時(shí)，其活力的增加等于與它距離的改變相對應(yīng)的張力移時(shí)，其活力的增加等于與它距離的改變相對應(yīng)的張力的總和的總和” 亥姆霍茲證明了這種力的保守性同永動(dòng)機(jī)的不可能亥姆霍茲證明了這種力的保守性同永動(dòng)機(jī)的不可能實(shí)現(xiàn)彼此是同一的，并得出了更普遍的實(shí)現(xiàn)彼此是同一的，并得出了更普遍的“力的守恒原力的守恒原理理”：“當(dāng)自由質(zhì)點(diǎn)在引力和斥力當(dāng)自由質(zhì)點(diǎn)在引力和斥力 ( (它們的值取決于距它們的值取決于距離離) )的作用下而運(yùn)動(dòng)的一切場合，所具有的活力和張力的的作用下而運(yùn)動(dòng)的一切場合，所具有的活力和張力的總和是守恒的總和是守恒的” 亥姆霍茲具體研究了能量守恒原理在各種物亥姆霍茲具體研究了能量守

26、恒原理在各種物理、化學(xué)過程中的應(yīng)用，指出，理、化學(xué)過程中的應(yīng)用，指出，在萬有引力作在萬有引力作用下產(chǎn)生的一切運(yùn)動(dòng)用下產(chǎn)生的一切運(yùn)動(dòng)( (包括天體的運(yùn)動(dòng)和地球上包括天體的運(yùn)動(dòng)和地球上有重物體的運(yùn)動(dòng)有重物體的運(yùn)動(dòng)) )，用不可壓縮的固體或液體傳，用不可壓縮的固體或液體傳遞的運(yùn)動(dòng)遞的運(yùn)動(dòng)( (如由簡單機(jī)械所傳遞和改變的運(yùn)動(dòng)如由簡單機(jī)械所傳遞和改變的運(yùn)動(dòng)) )，完全彈性固體或液體的運(yùn)動(dòng)完全彈性固體或液體的運(yùn)動(dòng) ( (包括菲涅耳用活包括菲涅耳用活力守恒定律導(dǎo)出光的折射和偏振力守恒定律導(dǎo)出光的折射和偏振) )，波的吸收和，波的吸收和輻射熱等，都符合輻射熱等，都符合 “力的守恒原理力的守恒原理” 亥姆霍茲通

27、過非彈性碰撞、摩擦等過程研亥姆霍茲通過非彈性碰撞、摩擦等過程研究了究了“熱的力當(dāng)量熱的力當(dāng)量”，指出在這些情況下，如果，指出在這些情況下，如果發(fā)生了活力的損失，那就會(huì)產(chǎn)生其他形式的發(fā)生了活力的損失，那就會(huì)產(chǎn)生其他形式的“力力”，首先是熱因此，首先是熱因此，“熱的數(shù)量可以通過熱的數(shù)量可以通過機(jī)械力來使之增加，因此，熱現(xiàn)象不可能用一種機(jī)械力來使之增加，因此，熱現(xiàn)象不可能用一種物質(zhì)推論出來，不可能以這種物質(zhì)的存在為條件，物質(zhì)推論出來，不可能以這種物質(zhì)的存在為條件，而只能從某些熟知的有質(zhì)體的變化和運(yùn)動(dòng)中，或而只能從某些熟知的有質(zhì)體的變化和運(yùn)動(dòng)中，或者是從無質(zhì)體如電或以太的變化或運(yùn)動(dòng)中推論出者是從無質(zhì)體

28、如電或以太的變化或運(yùn)動(dòng)中推論出來來” 亥姆霍茲還分析了亥姆霍茲還分析了電和磁電和磁的現(xiàn)象，得出了不同情況的現(xiàn)象，得出了不同情況下能量的表達(dá)式；并從力的守恒原理出發(fā)，下能量的表達(dá)式；并從力的守恒原理出發(fā)，否定否定了長期了長期以來引起激烈爭論的關(guān)于伽伐尼電流的來源的以來引起激烈爭論的關(guān)于伽伐尼電流的來源的“接觸接觸說說” 在論文的最后一部分，亥姆霍茲討論了把在論文的最后一部分，亥姆霍茲討論了把力的守恒原力的守恒原理應(yīng)用到生物機(jī)體中去的可能性理應(yīng)用到生物機(jī)體中去的可能性 這樣，亥姆霍茲就系統(tǒng)地證明了這樣，亥姆霍茲就系統(tǒng)地證明了力的守恒定律力的守恒定律 “ “與與自然科學(xué)中任何一個(gè)已知現(xiàn)象都不矛盾自然

29、科學(xué)中任何一個(gè)已知現(xiàn)象都不矛盾”，他確信，他確信 “ “這這個(gè)定律的完全證實(shí)將是不遠(yuǎn)的未來物理學(xué)家們的基本任個(gè)定律的完全證實(shí)將是不遠(yuǎn)的未來物理學(xué)家們的基本任務(wù)之一務(wù)之一”3. 焦耳的工作焦耳的工作 焦耳焦耳 (JaneSPreSCottJoule，1818一一1889)關(guān)于關(guān)于熱功當(dāng)量的測量，為能量守恒原理的確立奠定了熱功當(dāng)量的測量，為能量守恒原理的確立奠定了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ) 焦耳是英國曼徹斯特一個(gè)富有的釀酒商和業(yè)焦耳是英國曼徹斯特一個(gè)富有的釀酒商和業(yè)余科學(xué)家余科學(xué)家1837年，焦耳在工廠裝配了用電池驅(qū)年，焦耳在工廠裝配了用電池驅(qū)動(dòng)的磁電機(jī)，并對它進(jìn)行了多方面的實(shí)驗(yàn)測試動(dòng)的磁電機(jī)，

30、并對它進(jìn)行了多方面的實(shí)驗(yàn)測試 在測試中焦耳注意到在測試中焦耳注意到電機(jī)和電路中的發(fā)熱現(xiàn)象電機(jī)和電路中的發(fā)熱現(xiàn)象，他想到，他想到這和機(jī)器中的摩擦生熱一樣，都是動(dòng)力損失的來源，這促使這和機(jī)器中的摩擦生熱一樣，都是動(dòng)力損失的來源，這促使他他對電流的熱效應(yīng)進(jìn)行了定量研究對電流的熱效應(yīng)進(jìn)行了定量研究他在玻璃管中裝入水銀，他在玻璃管中裝入水銀，通以強(qiáng)弱不同的電流，測出一定時(shí)間內(nèi)相應(yīng)的溫度變化，從通以強(qiáng)弱不同的電流，測出一定時(shí)間內(nèi)相應(yīng)的溫度變化，從而發(fā)現(xiàn)了而發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)體的發(fā)熱量與電流強(qiáng)度的平方成正比導(dǎo)體的發(fā)熱量與電流強(qiáng)度的平方成正比他又利用他又利用不同尺寸的導(dǎo)體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)不同尺寸的導(dǎo)體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)一定的

31、電流在一定的時(shí)間內(nèi)一定的電流在一定的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量與導(dǎo)體的電阻成正比產(chǎn)生的熱量與導(dǎo)體的電阻成正比 在在18401840年寫出的年寫出的論伏打電所產(chǎn)生的熱論伏打電所產(chǎn)生的熱的論文中，焦的論文中，焦耳得出了耳得出了“在一定時(shí)間內(nèi)伏打電流通過金屬導(dǎo)體產(chǎn)生的熱與在一定時(shí)間內(nèi)伏打電流通過金屬導(dǎo)體產(chǎn)生的熱與電流強(qiáng)度的平方和導(dǎo)體電阻的乘積成正比電流強(qiáng)度的平方和導(dǎo)體電阻的乘積成正比”的結(jié)論的結(jié)論 18411841年焦耳又寫了年焦耳又寫了電解時(shí)在金屬導(dǎo)體和電池組中放電解時(shí)在金屬導(dǎo)體和電池組中放出的熱出的熱一文，得出結(jié)論說，一文，得出結(jié)論說，電路中所放出的熱量和電池電路中所放出的熱量和電池中化學(xué)變化所產(chǎn)生的熱量

32、正好相等中化學(xué)變化所產(chǎn)生的熱量正好相等；電流的機(jī)械動(dòng)力和產(chǎn)電流的機(jī)械動(dòng)力和產(chǎn)生熱的能力都與電流強(qiáng)度有相同的比例關(guān)系，所以二者成生熱的能力都與電流強(qiáng)度有相同的比例關(guān)系，所以二者成正比正比這里焦耳已經(jīng)接近了熱、電、化學(xué)能的等價(jià)性的概這里焦耳已經(jīng)接近了熱、電、化學(xué)能的等價(jià)性的概念念 焦耳想到，磁電式發(fā)電機(jī)的感生電流應(yīng)該與來自化學(xué)焦耳想到，磁電式發(fā)電機(jī)的感生電流應(yīng)該與來自化學(xué)電源的電流一樣地產(chǎn)生熱效應(yīng)焦耳使一個(gè)線圈在電磁體電源的電流一樣地產(chǎn)生熱效應(yīng)焦耳使一個(gè)線圈在電磁體的兩極之間轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流，線圈放在量熱器內(nèi)的兩極之間轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流，線圈放在量熱器內(nèi)這個(gè)這個(gè)實(shí)驗(yàn)完全證實(shí)了實(shí)驗(yàn)完全證實(shí)了熱可以由磁

33、電機(jī)產(chǎn)生熱可以由磁電機(jī)產(chǎn)生 焦耳從這個(gè)實(shí)驗(yàn)立即領(lǐng)悟到焦耳從這個(gè)實(shí)驗(yàn)立即領(lǐng)悟到熱和機(jī)械功熱和機(jī)械功可以互相轉(zhuǎn)化，可以互相轉(zhuǎn)化，在轉(zhuǎn)化過程中遵從一定的當(dāng)量關(guān)系在轉(zhuǎn)化過程中遵從一定的當(dāng)量關(guān)系 焦耳焦耳在磁電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)軸上繞兩條線，跨過兩個(gè)定在磁電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)軸上繞兩條線，跨過兩個(gè)定滑輪后掛上幾磅重的硅碼，由琺碼的重量和下落距離可滑輪后掛上幾磅重的硅碼，由琺碼的重量和下落距離可以計(jì)算出所做的功以計(jì)算出所做的功焦耳共做了焦耳共做了1313組實(shí)驗(yàn)，得出了一個(gè)組實(shí)驗(yàn)，得出了一個(gè)平均結(jié)果平均結(jié)果:“:“能使能使1 1磅水的溫度升高華氏磅水的溫度升高華氏1 1度的熱量，等于度的熱量，等于( (并可轉(zhuǎn)化為并可轉(zhuǎn)化為

34、) )把把838838磅重物提升磅重物提升1 1英尺的機(jī)械功英尺的機(jī)械功”這個(gè)值這個(gè)值相當(dāng)于相當(dāng)于460460干克米干克米/ /千卡這個(gè)結(jié)果被總結(jié)到他千卡這個(gè)結(jié)果被總結(jié)到他18431843年年8 8月月2121日宣讀的日宣讀的論磁電的熱效應(yīng)和熱的機(jī)械值論磁電的熱效應(yīng)和熱的機(jī)械值論文中論文中 18441844年，焦耳又做了年，焦耳又做了測定空氣在壓縮和膨脹時(shí)產(chǎn)生測定空氣在壓縮和膨脹時(shí)產(chǎn)生的熱量變化的實(shí)驗(yàn)的熱量變化的實(shí)驗(yàn)，求得了熱功當(dāng)量的平均值，求得了熱功當(dāng)量的平均值798798磅碼磅碼/ /英熱單位英熱單位 焦耳焦耳設(shè)計(jì)了一個(gè)這樣的實(shí)驗(yàn)：設(shè)計(jì)了一個(gè)這樣的實(shí)驗(yàn)：使一個(gè)繞在鐵芯上的小使一個(gè)繞在鐵芯上

35、的小線圈在一電磁體的兩極間轉(zhuǎn)動(dòng)，由一兩個(gè)滑輪掛以適當(dāng)重線圈在一電磁體的兩極間轉(zhuǎn)動(dòng)，由一兩個(gè)滑輪掛以適當(dāng)重量的砝碼帶動(dòng)，把線圈放進(jìn)一個(gè)盛水的量熱器里以測定水量的砝碼帶動(dòng)，把線圈放進(jìn)一個(gè)盛水的量熱器里以測定水溫升高所獲得的熱量溫升高所獲得的熱量 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：實(shí)驗(yàn)結(jié)果： 磁電機(jī)的線圈所磁電機(jī)的線圈所生成的熱量正比于電流的平生成的熱量正比于電流的平方水溫的方水溫的 升高完全是由于機(jī)械升高完全是由于機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電，電又轉(zhuǎn)化為熱量的能轉(zhuǎn)化為電，電又轉(zhuǎn)化為熱量的結(jié)果結(jié)果.最后測得熱功當(dāng)量大約為最后測得熱功當(dāng)量大約為:460千克米千克米/千卡千卡 18471847年年6 6月，在牛津舉行的英國科學(xué)月，在牛津舉行

36、的英國科學(xué)促進(jìn)協(xié)會(huì)的會(huì)議上，焦耳報(bào)告了他促進(jìn)協(xié)會(huì)的會(huì)議上，焦耳報(bào)告了他用琺碼用琺碼下落帶動(dòng)銅制的翼輪分別攪動(dòng)水、鯨腦油下落帶動(dòng)銅制的翼輪分別攪動(dòng)水、鯨腦油和水銀的實(shí)驗(yàn)，和水銀的實(shí)驗(yàn)，測得熱的機(jī)械當(dāng)量分別為測得熱的機(jī)械當(dāng)量分別為781.5781.5磅碼磅碼/ /英熱單位、英熱單位、782.1782.1磅碼磅碼/ /英熱單英熱單位和位和787.6787.6磅碼磅碼/ /英熱單位英熱單位 實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)儀器 18491849年年6 6月月2121日，焦耳在論文日，焦耳在論文論熱的機(jī)械當(dāng)量論熱的機(jī)械當(dāng)量中，全面地整理了他中，全面地整理了他用摩擦水、水銀和鑄鐵的方法用摩擦水、水銀和鑄鐵的方法測定熱功當(dāng)量的

37、實(shí)驗(yàn)結(jié)果測定熱功當(dāng)量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最后得出兩個(gè)重要結(jié)論，最后得出兩個(gè)重要結(jié)論: : 第一，由物體第一，由物體( (不論固體或液體不論固體或液體) )的摩擦所產(chǎn)生的的摩擦所產(chǎn)生的熱量總是與所消耗的力之量成正比；熱量總是與所消耗的力之量成正比； 第二，要使第二，要使1 1磅水磅水 ( (在真空中和在真空中和55550 0F F60600 0F F時(shí)稱量時(shí)稱量) )的溫度升高的溫度升高l l0 0F F ，需要消耗相當(dāng)于使，需要消耗相當(dāng)于使772772磅的重物下磅的重物下落落1 1英尺的機(jī)械力英尺的機(jī)械力 焦耳測定熱功當(dāng)量的工作從焦耳測定熱功當(dāng)量的工作從18401840年年一直進(jìn)行一直進(jìn)行187818

38、78年年，用了近，用了近4040年年的時(shí)間，先后采用不同的方法的時(shí)間，先后采用不同的方法做了做了400400多次多次實(shí)驗(yàn)，以精確的數(shù)據(jù)為能量守恒原理實(shí)驗(yàn)，以精確的數(shù)據(jù)為能量守恒原理提供了無可置疑的實(shí)驗(yàn)證明提供了無可置疑的實(shí)驗(yàn)證明18501850年，焦耳當(dāng)選為年，焦耳當(dāng)選為英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)員英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)員 4. 4. 其他科學(xué)家的工作其他科學(xué)家的工作 除邁爾、亥姆霍茲和焦耳之外，這一時(shí)期還有除邁爾、亥姆霍茲和焦耳之外，這一時(shí)期還有不少人進(jìn)行了同一問題的探索不少人進(jìn)行了同一問題的探索 S.S.卡諾在卡諾在18301830年己經(jīng)認(rèn)識到熱質(zhì)說的錯(cuò)誤，認(rèn)年己經(jīng)認(rèn)識到熱質(zhì)說的錯(cuò)誤，認(rèn)識到熱是識到熱是“改變

39、了形式的運(yùn)動(dòng)改變了形式的運(yùn)動(dòng)”，熱的損失必定有，熱的損失必定有動(dòng)力的產(chǎn)生他由此得出一個(gè)普遍的命題動(dòng)力的產(chǎn)生他由此得出一個(gè)普遍的命題: :在自然在自然界中存在的動(dòng)力，在量上是不變的界中存在的動(dòng)力，在量上是不變的他還給出熱功他還給出熱功當(dāng)量的數(shù)值當(dāng)量的數(shù)值: :370370千克米千克米/ /千卡千卡卡諾的這個(gè)發(fā)現(xiàn)的卡諾的這個(gè)發(fā)現(xiàn)的遺稿在遺稿在18781878年才被公布年才被公布 英國律師英國律師格羅夫格羅夫(WilliamRobertGrove,l8u一一1896)于于1842年年從電的研究中認(rèn)識到一切物理力，甚至包括從電的研究中認(rèn)識到一切物理力，甚至包括化學(xué)力，在一定的條件下都可以相互轉(zhuǎn)化而不發(fā)

40、生任化學(xué)力，在一定的條件下都可以相互轉(zhuǎn)化而不發(fā)生任何損失何損失 丹麥工程師丹麥工程師柯爾丁柯爾丁 (Ludwig AuguStColding,1815-1888)于于1843年也提出了他用摩擦實(shí)驗(yàn)測定熱功當(dāng)量的年也提出了他用摩擦實(shí)驗(yàn)測定熱功當(dāng)量的報(bào)告，他同樣得到了力的守恒的結(jié)論報(bào)告，他同樣得到了力的守恒的結(jié)論 這樣，從這樣，從1919世紀(jì)世紀(jì)3030年代到年代到5050年代，許多人彼此獨(dú)立年代，許多人彼此獨(dú)立地以不同的形式提出了能量守恒的思想這一重要發(fā)地以不同的形式提出了能量守恒的思想這一重要發(fā)現(xiàn)，生動(dòng)地表明了科學(xué)的發(fā)展受到社會(huì)生產(chǎn)發(fā)展和科現(xiàn)，生動(dòng)地表明了科學(xué)的發(fā)展受到社會(huì)生產(chǎn)發(fā)展和科學(xué)內(nèi)在邏

41、輯發(fā)展規(guī)律的制約學(xué)內(nèi)在邏輯發(fā)展規(guī)律的制約 四四. 能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的確立能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的確立 18401840年，彼得堡科學(xué)院的年，彼得堡科學(xué)院的黑斯黑斯 (GHHeSS(GHHeSS，1802-1850)1802-1850)提出了關(guān)于化學(xué)反應(yīng)中釋放熱量的重要定提出了關(guān)于化學(xué)反應(yīng)中釋放熱量的重要定律這個(gè)定律指出，律這個(gè)定律指出，在一組物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪唤M物質(zhì)的在一組物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪唤M物質(zhì)的過程中，不管反應(yīng)是通過哪些步驟完成的，釋放的總過程中，不管反應(yīng)是通過哪些步驟完成的，釋放的總熱量是恒定的熱量是恒定的這個(gè)定律已經(jīng)接觸到化學(xué)反應(yīng)中的能這個(gè)定律已經(jīng)接觸到化學(xué)反應(yīng)中的能量守恒原理量守恒原理 185

42、31853年，年，W.W.湯姆孫湯姆孫重新恢復(fù)了重新恢復(fù)了“能量能量”概念，概念，并給予它一個(gè)精確的定義并給予它一個(gè)精確的定義：“我們把給定狀態(tài)中的我們把給定狀態(tài)中的物質(zhì)系統(tǒng)的能量表示為，當(dāng)它從這個(gè)給定狀態(tài)無論物質(zhì)系統(tǒng)的能量表示為，當(dāng)它從這個(gè)給定狀態(tài)無論以什么方式過渡到任意一個(gè)固定的零態(tài)時(shí)，在系統(tǒng)以什么方式過渡到任意一個(gè)固定的零態(tài)時(shí)，在系統(tǒng)外所產(chǎn)生的用機(jī)械功單位來量度的各種作用的總外所產(chǎn)生的用機(jī)械功單位來量度的各種作用的總和和” 格拉斯哥的力學(xué)教授格拉斯哥的力學(xué)教授蘭金蘭金(William John (William John Rank-ineRank-ine，18201820一一1872)1

43、872)就首先把就首先把“力的守恒原理力的守恒原理”改稱為改稱為“能量守恒原理能量守恒原理”，大約到了，大約到了18601860年左右，年左右，這個(gè)原理才得到普遍承認(rèn)，而且很快成為物理學(xué)和這個(gè)原理才得到普遍承認(rèn)，而且很快成為物理學(xué)和全部自然科學(xué)的重要基石全部自然科學(xué)的重要基石 在能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)過程中，在能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)過程中，熱和機(jī)械功的轉(zhuǎn)熱和機(jī)械功的轉(zhuǎn)化與守恒關(guān)系的研究化與守恒關(guān)系的研究起到了直接和關(guān)鍵性的作用在邁起到了直接和關(guān)鍵性的作用在邁爾和焦耳的對熱功當(dāng)量的研究之后，物理學(xué)家主要展開爾和焦耳的對熱功當(dāng)量的研究之后，物理學(xué)家主要展開了兩個(gè)方面的工作一方面是繼續(xù)測定和計(jì)算熱功當(dāng)量；了

44、兩個(gè)方面的工作一方面是繼續(xù)測定和計(jì)算熱功當(dāng)量；另一方面則是從熱功轉(zhuǎn)化和守恒關(guān)系出發(fā)，深入研究熱另一方面則是從熱功轉(zhuǎn)化和守恒關(guān)系出發(fā)，深入研究熱功轉(zhuǎn)化的機(jī)制與規(guī)律性功轉(zhuǎn)化的機(jī)制與規(guī)律性德國物理學(xué)家德國物理學(xué)家克勞修斯克勞修斯 (R.E.Clausius，1822-1888)著眼于熱功轉(zhuǎn)化過程中介質(zhì)著眼于熱功轉(zhuǎn)化過程中介質(zhì) ( (主要是空氣和水蒸氣主要是空氣和水蒸氣) )的做功，即從功的角度進(jìn)行研的做功，即從功的角度進(jìn)行研究究 18501850年，年，克勞修斯克勞修斯在發(fā)表在發(fā)表論熱的動(dòng)力和可由此推論熱的動(dòng)力和可由此推導(dǎo)熱學(xué)本身的定律導(dǎo)熱學(xué)本身的定律的論文中，從熱是物質(zhì)的粒子的一的論文中，從熱是物

45、質(zhì)的粒子的一種運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)提出熱功轉(zhuǎn)化過程中，種運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)提出熱功轉(zhuǎn)化過程中，一部分熱量可轉(zhuǎn)化一部分熱量可轉(zhuǎn)化為機(jī)械功，并可用力學(xué)原理進(jìn)行推導(dǎo)和計(jì)算為機(jī)械功，并可用力學(xué)原理進(jìn)行推導(dǎo)和計(jì)算；另一部分；另一部分熱量由熱體向冷體傳導(dǎo)，而使冷體的溫度升高熱量由熱體向冷體傳導(dǎo)，而使冷體的溫度升高前一部前一部分的熱量消失，以機(jī)械功的形式表現(xiàn)出來分的熱量消失，以機(jī)械功的形式表現(xiàn)出來；后一部分的；后一部分的熱量并未消失，而是傳導(dǎo)到冷體上去了通過這樣的分熱量并未消失，而是傳導(dǎo)到冷體上去了通過這樣的分析，克勞修斯在熱轉(zhuǎn)化為機(jī)械功的基礎(chǔ)上建立了析，克勞修斯在熱轉(zhuǎn)化為機(jī)械功的基礎(chǔ)上建立了熱力學(xué)熱力學(xué)第一定律第一定律: :在一切熱作功的情況中，產(chǎn)生的功與消耗的在一切熱作功的情況中，產(chǎn)生的功與消耗的熱量成比例反之，通過消耗同樣大小的功，將能產(chǎn)生熱量成比例反之，通過消耗同樣大小的功，將能產(chǎn)生同樣數(shù)量的熱量同樣數(shù)量的熱量 在論文中，在論文中，克勞修斯克勞修斯從熱是運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)對熱機(jī)的工從熱是運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)對熱機(jī)的工作過程進(jìn)行了新的分析：作過程進(jìn)行了新的分析：把邁爾、焦耳關(guān)于熱功當(dāng)量的把邁爾、焦耳關(guān)于熱功當(dāng)量的結(jié)論和卡諾關(guān)