經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件

第三節(jié)：經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展力學(xué)的建立光學(xué)的進(jìn)展熱學(xué)的成就電磁學(xué)的建立第三節(jié)：經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展力學(xué)的建立經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件00經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件概述光的類(lèi)型自然光人造光概述光的類(lèi)型自然光人造光光的定義解釋光是一種既具有波動(dòng)特性，又具有粒子特性的特殊物質(zhì)。概述光的定義解釋光是一種既具有波動(dòng)特性，又具有粒子特性的特殊物質(zhì)干涉衍射偏振概述光的波動(dòng)性干涉衍射偏振概述光的波動(dòng)性光的粒子性概述能量質(zhì)量動(dòng)量光的粒子性概述能量質(zhì)量動(dòng)量概述光的反射光的折射概述光的反射光的折射萌芽期光學(xué)的起源在中國(guó)可追溯到遠(yuǎn)古時(shí)代的春秋戰(zhàn)國(guó)之際，墨翟及其弟子所著《墨經(jīng)》中，記載著關(guān)于光的直線(xiàn)傳播和光在鏡面上的反射等現(xiàn)象，并提出了一系列經(jīng)驗(yàn)規(guī)律。墨翟（公元前468-376年）小孔成像銅鏡光學(xué)發(fā)展歷程的回顧萌芽期光學(xué)的起源在中國(guó)可追溯到遠(yuǎn)古時(shí)代的春秋戰(zhàn)國(guó)之際，墨翟及光學(xué)的起源在西方可追溯到希臘的歐幾里德，他在其著作《光學(xué)》一書(shū)中提出光線(xiàn)的直線(xiàn)傳播理論，并研究了平面鏡成像問(wèn)題，指出反射角等于入射角的反射定律。（公元前330-275年）光的直線(xiàn)傳播鏡像反射光學(xué)發(fā)展歷程的回顧光學(xué)的起源在西方可追溯到希臘的歐幾里德，他在其著作《光學(xué)》一中國(guó)：古代的實(shí)用科學(xué)缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)證明、理論說(shuō)明和科學(xué)表達(dá)，大多為經(jīng)驗(yàn)性的描述，導(dǎo)致中國(guó)在未來(lái)光學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展極為緩慢。西方：在生產(chǎn)和社會(huì)需要的推動(dòng)下，在光的反射和透鏡的應(yīng)用方面，逐漸有了些成果。15世紀(jì)末和16世紀(jì)初，凹面鏡、凸面鏡、眼鏡、透鏡以及暗箱和幻燈等光學(xué)元件已相繼出現(xiàn)。凹、凸面鏡凹、凸透鏡暗箱光學(xué)發(fā)展歷程的回顧中國(guó)：古代的實(shí)用科學(xué)缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)證明、理論說(shuō)明和科凹、凸面幾何光學(xué)時(shí)期是光學(xué)發(fā)展的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，系統(tǒng)研究了光現(xiàn)象和光學(xué)儀器，建立了直線(xiàn)傳播定律、反射定律、折射定律；提出了費(fèi)馬原理、光程、光強(qiáng)、顏色等概念，并觀(guān)察了棱鏡光譜等較復(fù)雜的光現(xiàn)象。幾何光學(xué)時(shí)期光學(xué)發(fā)展歷程的回顧幾何光學(xué)時(shí)期是光學(xué)發(fā)展的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，系統(tǒng)研究了光幾何光學(xué)時(shí)期光學(xué)李普賽（公元1587-1619年）伽利略（公元1564-1642年）望遠(yuǎn)鏡荷蘭李普塞在1608年發(fā)明了第一架望遠(yuǎn)鏡。1610年伽利略用自己制造的望遠(yuǎn)鏡觀(guān)察星體，發(fā)現(xiàn)了繞木星運(yùn)行的衛(wèi)星，這給哥白尼關(guān)于地球繞日運(yùn)轉(zhuǎn)的日心說(shuō)提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。光學(xué)發(fā)展歷程的回顧李普賽（公元1587-1619年）伽利略（公元1564-16馮特納（公元1580-1656）十七世紀(jì)初延森和馮特納最早制造了復(fù)合顯微鏡。光學(xué)發(fā)展歷程的回顧馮特納（公元1580-1656）十七世紀(jì)初延森和馮特納最早制費(fèi)馬（公元1601-1665年）折射和反射定律1657年費(fèi)馬首先指出光在介質(zhì)中傳播時(shí)時(shí)所走路程取極值的原理，并根據(jù)這個(gè)原理推出光的反射定律和折射定律。光學(xué)發(fā)展歷程的回顧費(fèi)馬（公元1601-1665年）折射和反射定律1657年費(fèi)馬牛頓（公元1643-1727年）牛頓(1665年)利用色散實(shí)驗(yàn)證實(shí)了白光是由一些彼此獨(dú)立的彩色光所組成。光學(xué)發(fā)展歷程的回顧牛頓（公元1643-1727年）牛頓(1665年)利用色散實(shí)波動(dòng)光學(xué)時(shí)期建立了光的波動(dòng)理論，圓滿(mǎn)解釋了光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象；通過(guò)邁克爾遜干涉儀否定了“以太”的存在；提出并證實(shí)了光的本質(zhì)就是電磁波。波動(dòng)光學(xué)時(shí)期光學(xué)發(fā)展歷程的回顧波動(dòng)光學(xué)時(shí)期建立了光的波動(dòng)理論，圓滿(mǎn)解釋了波動(dòng)光學(xué)時(shí)期光學(xué)光的波動(dòng)理論的創(chuàng)始人，提出了“光是‘以太’中傳播的波動(dòng)”理論和次波假設(shè)（惠更斯原理），并解釋了反射、折射定律和雙折射現(xiàn)象。惠更斯（公元1629-1695年）惠更斯原理光學(xué)發(fā)展歷程的回顧光的波動(dòng)理論的創(chuàng)始人，提出了“光是‘以太’中傳播的波惠更斯（1801年，楊氏最先利用干涉原理解釋了白光下的薄膜顏色，設(shè)計(jì)并完成了著名的楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，并第一次成功地測(cè)定了光的波長(zhǎng)。提出了光是橫波的假設(shè)。楊氏（公元1773-1829）薄膜干涉雙縫干涉光學(xué)發(fā)展歷程的回顧1801年，楊氏最先利用干涉原理解釋了白光下的薄膜顏色，設(shè)計(jì)1865年，麥克斯韋爾建立期完整的經(jīng)典電磁理論，指出光是一種電磁波，產(chǎn)生光的電磁理論。該理論一直到廿余年后由赫茲的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。赫茲（公元1857-1894年）麥克斯韋爾（公元1831-1879年）光學(xué)發(fā)展歷程的回顧1865年，麥克斯韋爾建立期完整的經(jīng)典電磁理論，指出光是赫茲1887年，邁克爾遜和莫雷一起以近乎完美的條件進(jìn)行了干涉實(shí)驗(yàn)，通過(guò)測(cè)量?jī)墒獾男纬傻母缮鏃l紋數(shù)目和移動(dòng)，證實(shí)了光速的不變性及以太是不存在的，為愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論的提出奠定了基礎(chǔ)。邁克爾遜（公元1852-1931年）邁克爾遜.莫雷實(shí)驗(yàn)光學(xué)發(fā)展歷程的回顧1887年，邁克爾遜和莫雷一起以近乎完美的條件進(jìn)行了干涉實(shí)驗(yàn)二、熱學(xué)的成就2.1熱的本質(zhì)在十八世紀(jì)，隨著人們對(duì)燃燒現(xiàn)象認(rèn)識(shí)的深入，對(duì)熱現(xiàn)象也開(kāi)始試圖給予解釋。當(dāng)時(shí)對(duì)熱的本性存在兩種見(jiàn)解：一種認(rèn)為熱是一種物質(zhì)；另一種認(rèn)為熱是物質(zhì)分子的微小運(yùn)動(dòng)。拉瓦錫在1789年的《初等化學(xué)概論》中把熱物質(zhì)當(dāng)做一種元素引入，稱(chēng)之為熱素或熱質(zhì)（calorique）。二、熱學(xué)的成就2.1熱的本質(zhì)熱質(zhì)說(shuō)拉瓦錫認(rèn)為：存在著一種極易流動(dòng)的物質(zhì)實(shí)體充滿(mǎn)分子之間的空間，這種實(shí)體具有擴(kuò)大分子之間距離的作用。這種物質(zhì)實(shí)體－－熱質(zhì)，根據(jù)其狀態(tài)分為兩類(lèi)：自由的熱質(zhì)和結(jié)合的熱質(zhì)。結(jié)合的熱質(zhì)被物體中的分子所束縛，形成其實(shí)質(zhì)的一部分；自由熱質(zhì)沒(méi)有處于任何結(jié)合狀態(tài)，能夠從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，成為各種熱現(xiàn)象的載體。熱質(zhì)說(shuō)拉瓦錫認(rèn)為：存在著一種極易流動(dòng)的物質(zhì)實(shí)體充滿(mǎn)分子之間的熱機(jī)：從技術(shù)到理論蒸汽機(jī)的廣泛使用促進(jìn)了工業(yè)革命、縮短了旅行時(shí)間、加快了商品流通。但是蒸汽機(jī)的改進(jìn)只是靠技術(shù)上的摸索取得，到十九世紀(jì)初還沒(méi)有一個(gè)關(guān)于蒸汽機(jī)的一般理論。這一局面因卡諾于1824年出版《關(guān)于火的動(dòng)力及其適于產(chǎn)生這種動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)之考察》一書(shū)而改變。熱機(jī)：從技術(shù)到理論蒸汽機(jī)的廣泛使用促進(jìn)了工業(yè)革命、縮短了旅行SadiNicolasLéonardCarnot卡諾(1796-1832)出身于法國(guó)望族。1814年卡諾畢業(yè)于法國(guó)綜合工科學(xué)校后到工兵部隊(duì)服役，1820年退役后專(zhuān)心從事物理學(xué)理論研究。他的父親是拿破侖一世政府要人；弟弟是一位持自由觀(guān)點(diǎn)的政治家；一位侄子是法蘭西第三共和國(guó)總統(tǒng)。SadiNicolasLéonardCarnot卡諾(熱機(jī)的效率瓦特致力于提高蒸汽機(jī)的效率。但是經(jīng)過(guò)改進(jìn)的蒸汽機(jī)效率仍然很低。燃料所產(chǎn)生的熱能的93%-95%都被浪費(fèi)掉?？ㄖZ對(duì)熱機(jī)的做功效率也非常感興趣。他想了解這種效率究竟可以提高到多少?？ㄖZ從他的應(yīng)用力學(xué)家父親那里學(xué)會(huì)了對(duì)一個(gè)循環(huán)過(guò)程進(jìn)行考察的必要性。他把熱機(jī)對(duì)外做功和做完功返回原狀的過(guò)程結(jié)合起來(lái)考慮。熱機(jī)的效率瓦特致力于提高蒸汽機(jī)的效率。但是經(jīng)過(guò)改進(jìn)的蒸汽機(jī)效永動(dòng)機(jī)永動(dòng)機(jī)熱質(zhì)守恒卡諾在《關(guān)于火的動(dòng)力》一書(shū)中是立足于熱質(zhì)說(shuō)來(lái)考察熱機(jī)效率的。他的工作基礎(chǔ)就是熱質(zhì)守恒。卡諾認(rèn)為，熱從高溫物體向低溫物體移動(dòng)時(shí)，必然能夠產(chǎn)生動(dòng)力。因此不伴隨動(dòng)力產(chǎn)生的熱流動(dòng)是一種損失。溫度不同的物體接觸時(shí)就會(huì)產(chǎn)生這種損失。想要獲得熱機(jī)的最高效率，就要盡量避免這種損失。熱質(zhì)守恒卡諾在《關(guān)于火的動(dòng)力》一書(shū)中是立足于熱質(zhì)說(shuō)來(lái)考察熱機(jī)卡諾循環(huán)：理想熱機(jī)卡諾進(jìn)一步設(shè)想了沒(méi)有任何損失的理想熱機(jī)。他考察了由帶活塞的汽缸中氣體所產(chǎn)生的等溫膨脹（系統(tǒng)從環(huán)境中吸收熱量）、絕熱膨脹（系統(tǒng)對(duì)環(huán)境中作功）、等溫壓縮（系統(tǒng)向環(huán)境中放出熱量）、絕熱壓縮（系統(tǒng)恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)，對(duì)環(huán)境作負(fù)功）四個(gè)過(guò)程組成的循環(huán)，后來(lái)命名為卡諾循環(huán)。卡諾循環(huán)：理想熱機(jī)卡諾進(jìn)一步設(shè)想了沒(méi)有任何損失的理熱力學(xué)的奠基人卡諾最先定量地研究了熱和功相互轉(zhuǎn)化的方式，因此他被稱(chēng)作熱力學(xué)的奠基人。他的方程表明最大效率只與最高溫度和最低溫度有關(guān)，與中間過(guò)程、工作介質(zhì)無(wú)關(guān)?？ㄖZ如果能繼續(xù)研究下去，很可能由此得出熱力學(xué)第二定律（熵增加定理）。而且卡諾后來(lái)還放棄了熱質(zhì)說(shuō)，轉(zhuǎn)而認(rèn)為熱是一種運(yùn)動(dòng)。但是不幸的是他在36歲就死于霍亂。熱力學(xué)的奠基人卡諾最先定量地研究了熱和功相互轉(zhuǎn)化的方式，因此熱動(dòng)說(shuō)倫福德(1753-1814)糾正了熱是一種無(wú)質(zhì)流體的說(shuō)法。倫福德出身于美國(guó)，后到歐洲慕尼黑管理一個(gè)兵工廠(chǎng)，他發(fā)現(xiàn)當(dāng)鉆削制造炮筒的青銅坯料時(shí)，金屬坯料燙得象火一樣。當(dāng)時(shí)傳統(tǒng)的解釋是，當(dāng)金屬被切削成刨花時(shí)，熱質(zhì)就從金屬中逸出。但是倫福德注意到，只要鏜鉆不停止，金屬就不停地發(fā)熱。熱動(dòng)說(shuō)倫福德(1753-1814)糾正了熱是一種無(wú)質(zhì)流體的熱質(zhì)倫福德在慕尼黑管理一個(gè)兵工廠(chǎng)，他發(fā)現(xiàn)當(dāng)鉆削制造炮筒的青銅坯料時(shí)，金屬坯料燙得象火一樣。當(dāng)時(shí)傳統(tǒng)的解釋是，當(dāng)金屬被切削成刨花時(shí)，熱質(zhì)就從金屬中逸出。但是倫福德注意到，只要鏜鉆不停止，金屬就不停地發(fā)熱。熱質(zhì)倫福德在慕尼黑管理一個(gè)兵工廠(chǎng)，他發(fā)現(xiàn)當(dāng)鉆削制造炮筒的青銅機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為熱倫福德得出結(jié)論，是鏜具的機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為熱。1798年倫福德向皇家學(xué)會(huì)報(bào)告了他在慕尼黑的實(shí)驗(yàn)。他還試圖給出一定量的機(jī)械運(yùn)動(dòng)所能產(chǎn)生的熱量，這是首次給出了熱功當(dāng)量的數(shù)值。不過(guò)他的數(shù)值偏高。1799年倫福德回到英國(guó)，當(dāng)選為皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。1804年到巴黎定居，娶了拉瓦錫的遺孀并就熱質(zhì)說(shuō)與已故的拉瓦錫作對(duì)。機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為熱倫福德得出結(jié)論，是鏜具的機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為熱。1熱運(yùn)動(dòng)說(shuō)的處境倫福德的報(bào)告引起巨大反響，對(duì)熱運(yùn)動(dòng)說(shuō)有人支持也有人反對(duì)。熱質(zhì)說(shuō)的統(tǒng)治地位一時(shí)還難以動(dòng)搖。當(dāng)時(shí)以熱質(zhì)守恒這一基本原理為基礎(chǔ)，熱學(xué)正穩(wěn)步地積累著實(shí)驗(yàn)資料，并不斷帶來(lái)新的理論。相反，熱運(yùn)動(dòng)論缺乏定量的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，沒(méi)有提出數(shù)學(xué)化的理論。必須等到能量守恒定律的確立，才能從更為廣闊的觀(guān)點(diǎn)來(lái)理解熱和運(yùn)動(dòng)的相互轉(zhuǎn)化。熱運(yùn)動(dòng)說(shuō)的處境倫福德的報(bào)告引起巨大反響，對(duì)熱運(yùn)動(dòng)說(shuō)有人支持也2.2能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)能量守恒定律提出的背景(1)由于十八世紀(jì)以來(lái)物理學(xué)前沿的擴(kuò)大，形形色色的物理現(xiàn)象之間的轉(zhuǎn)化過(guò)程被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，引起人們注意。(2)十八世紀(jì)下半葉在德國(guó)產(chǎn)生一種對(duì)機(jī)械論自然觀(guān)的不滿(mǎn)，萌發(fā)一種活力論。這種活力論在十九世紀(jì)初發(fā)展成為自然哲學(xué)：把整個(gè)宇宙看做是由某種根源性的力所引起的歷史發(fā)展的產(chǎn)物。自然界的各種力，電、磁、光、熱、化學(xué)親和力等等東西歸根結(jié)底是同一種東西。2.2能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)能量守恒定律提出的背景2.2能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)德國(guó)人邁爾（1814-1878）作為隨船醫(yī)生在1840年去爪哇的航行中，由于考慮動(dòng)物熱的問(wèn)題，邁爾對(duì)物理學(xué)產(chǎn)生興趣，多次著文闡述能量守恒的信念。1841年他完成《關(guān)于無(wú)機(jī)界各種力的意見(jiàn)》一文，被一家物理學(xué)雜志退稿后，第二年發(fā)表在了李比希主編的《化學(xué)和藥學(xué)年鑒》上。但是他的工作幾乎沒(méi)有引起人們注意。2.2能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)德國(guó)人邁爾（1814-1878）2.2能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)英國(guó)的焦耳擅長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)。他對(duì)所有他想得到的有熱量產(chǎn)生過(guò)程進(jìn)行熱測(cè)量。1840年他得出：電流產(chǎn)生的熱量與電流強(qiáng)度的平方和電阻的乘積成正比－－焦耳最后測(cè)量出做的功和產(chǎn)生的熱的關(guān)系為：41,450,000爾格的功產(chǎn)生1卡的熱量。為了紀(jì)念焦耳的工作，后來(lái)規(guī)定一千萬(wàn)爾格的功定義為一焦耳。現(xiàn)在的熱功當(dāng)量數(shù)值為4.18焦耳/卡。2.2能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)英國(guó)的焦耳擅長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)。他對(duì)所有他想

1845年，焦耳為測(cè)定機(jī)械功和熱之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，設(shè)計(jì)了“熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)儀”，并反復(fù)改進(jìn)，反復(fù)實(shí)驗(yàn)。

1849年發(fā)表《論熱功當(dāng)量》。

1878年發(fā)表《熱功當(dāng)量的新測(cè)定》，最后得到的數(shù)值為423.85公斤·米/千卡。焦耳測(cè)熱功當(dāng)量用了四十多年，實(shí)驗(yàn)了400多次，付出大量的辛勤勞動(dòng)。

成果無(wú)處發(fā)表當(dāng)時(shí)人們沒(méi)有認(rèn)識(shí)到焦耳工作的意義。各種學(xué)術(shù)刊物和皇家學(xué)會(huì)都拒絕發(fā)表他的文章。1847年焦耳獲得在英國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)年會(huì)上宣讀他的論文的機(jī)會(huì)，當(dāng)時(shí)幾乎沒(méi)有聽(tīng)眾，只有一位23歲的年青人威廉·湯姆森，即后來(lái)的開(kāi)爾文勛爵對(duì)他的報(bào)告感興趣。湯姆森對(duì)焦耳的成果作了十分精辟的評(píng)價(jià)，終于引起人們的注意。1849年在法拉第親自主持下，焦耳在皇家學(xué)會(huì)宣讀了他的論文，他的成果終于獲得完全承認(rèn)。焦耳的工作為熱力學(xué)第一、第二定律的得出奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。成果無(wú)處發(fā)表當(dāng)時(shí)人們沒(méi)有認(rèn)識(shí)到焦耳工作的意義。各種學(xué)術(shù)刊物和能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)對(duì)能量守恒，邁爾展開(kāi)了大膽思辨，焦耳進(jìn)行了扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)，而德國(guó)生理學(xué)家和物理學(xué)家赫姆霍茲（1821-1894）則立足于力學(xué)基礎(chǔ)之上，追求各種能量轉(zhuǎn)換過(guò)程的數(shù)學(xué)表述。最終被確認(rèn)為能量守恒定律的確立者。能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)對(duì)能量守恒，邁爾展開(kāi)了大膽思辨，焦耳進(jìn)《論“力”的守恒》1847年赫姆霍茲獨(dú)立完成《論“力”的守恒》一文，并于7月23日在柏林物理學(xué)會(huì)的年會(huì)上宣讀1854年赫姆霍茲在《自然力的相互作用》一文中指出，“自然作為一個(gè)整體，是力的儲(chǔ)存庫(kù)，它不能以任何方法增加或減少。所以自然界中力的數(shù)量正象物質(zhì)的數(shù)量一樣永存和不變。我曾將這個(gè)普遍的定律命名為‘力的守恒原理’”。這里明確表達(dá)了能量轉(zhuǎn)化和守恒的思想。以1850-1851年間克勞修斯和湯姆森奠定熱力學(xué)基礎(chǔ)的工作為轉(zhuǎn)機(jī)，能量守恒定律才獲得普遍承認(rèn)。

《論“力”的守恒》1847年赫姆霍茲獨(dú)立完成《論“力”的守恒意義能量守恒與轉(zhuǎn)化定律被認(rèn)為是物理學(xué)的“最高定律”（法拉第），“宇宙的普遍的基本定律”（克勞修斯），恩格斯則稱(chēng)之為19世紀(jì)三大發(fā)現(xiàn)之一。該定律的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著近代物理學(xué)第二次理論大綜合。意義能量守恒與轉(zhuǎn)化定律被認(rèn)為是物理學(xué)的“最高定律”（法拉2.3熱力學(xué)第一、第二定律的建立

熱力學(xué)第一定律的建立熱功當(dāng)量的發(fā)現(xiàn)揭示了熱和機(jī)械功之間存在著內(nèi)在的定量關(guān)系。焦耳的實(shí)驗(yàn)一方面證明了熱和機(jī)械功的作用效果是等價(jià)的，另一方面也證明了絕熱過(guò)程的功與過(guò)程進(jìn)行的方式無(wú)關(guān)。在焦耳工作的基礎(chǔ)上，克勞修斯和開(kāi)爾文各自深入研究了熱功轉(zhuǎn)化的機(jī)制和規(guī)律性問(wèn)題，分別獲得了熱力學(xué)第一定律的各自表述。

2.3熱力學(xué)第一、第二定律的建立熱力學(xué)第一定律的建立第一定律的克勞修斯表述1850年4月克勞修斯在《物理和化學(xué)年鑒》上發(fā)表了《論熱的動(dòng)力和可由此推導(dǎo)熱學(xué)本身的定律》提出熱力學(xué)第一定律表述：“在一切熱做功的情況中，產(chǎn)生的功與消耗的熱量成比例。反之，通過(guò)消耗同樣大小的功，將能產(chǎn)生同樣數(shù)量的熱量?！?/p>

第一定律的克勞修斯表述1850年4月克勞修斯在《物理和化第一定律的開(kāi)爾文表述1851年開(kāi)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(guān)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(kāi)爾文說(shuō)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(kāi)爾文首次把能量一詞引入到了熱力學(xué)中，該表述也被稱(chēng)為熱力學(xué)第一定律的能量表述。第一定律的開(kāi)爾文表述1851年開(kāi)爾文發(fā)表《以焦耳熱力學(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(shuō)明。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(shuō)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?！?/p>

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1834年，克拉珀龍（1799-1864）把卡諾的思想幾何化為由兩個(gè)等溫過(guò)程和兩個(gè)絕熱過(guò)程組成的卡諾循環(huán)，用幾何的方法來(lái)計(jì)算功，提出了由功和吸熱之比來(lái)測(cè)量效率。絕對(duì)溫標(biāo)的提出

1848年，W.湯姆孫（開(kāi)爾文）提出絕對(duì)溫標(biāo)，是卡諾熱動(dòng)力理論的直接結(jié)果。T=t+273.3這就是絕對(duì)溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)的關(guān)系。1887年，絕對(duì)溫標(biāo)得到了世界的公認(rèn)。1834年，克拉珀龍（1799-1864）把卡諾的思想幾何三熵1.熵的概念：1854年，克勞修斯進(jìn)一步指出，雖然熱機(jī)在循環(huán)過(guò)程中Q1≠Q(mào)2，但熱量Q與熱源溫度T之比值是一定的，即Q1/T1=Q2/T2。稱(chēng)為“熵”，用符號(hào)S=Q/T表示。通常我們考慮的是系統(tǒng)在變化過(guò)程中熵的變化。對(duì)于一微小狀態(tài)變化，一般取熵變?yōu)閐S=dQ/T.2.熵的物理意義：1877年，一生致力于用統(tǒng)計(jì)力學(xué)研究熱運(yùn)動(dòng)的玻爾茲曼指出：熵是分子無(wú)序的量度，熵與無(wú)序度W（即某一宏觀(guān)態(tài)對(duì)應(yīng)的微觀(guān)態(tài)數(shù)，即宏觀(guān)態(tài)出現(xiàn)的幾率）之間的關(guān)系式為：S=klnW。S上式稱(chēng)為玻爾茲曼關(guān)系式，k=1.38×10-23J/K稱(chēng)為玻爾茲曼常數(shù)。三熵2.熵的物理意義：1877年，一生致力于用統(tǒng)計(jì)力學(xué)研究3.熵增加原理：1865年，克勞修斯指出：“對(duì)于任何一個(gè)封閉系統(tǒng)…在一個(gè)循環(huán)過(guò)程中出現(xiàn)的所有熵的代數(shù)和，必須為正或在極限情況下等于零?！边@就是熵增加原理。

熵增加原理揭示了自然過(guò)程的不可逆性，或者說(shuō)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)化對(duì)于時(shí)間、方向的不對(duì)稱(chēng)性。自然系統(tǒng)中發(fā)生的一切自然過(guò)程總是沿著熵增加的方向進(jìn)行。4.熵增加原理的意義：熵是從運(yùn)動(dòng)不能轉(zhuǎn)化的一面去量度運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化的能力，它表示著運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化已經(jīng)完成的程度，或者說(shuō)是運(yùn)動(dòng)喪失轉(zhuǎn)化能力的程度。在沒(méi)有外界作用的情況下，一個(gè)系統(tǒng)的熵越大，就越接近于平衡狀態(tài)，系統(tǒng)的能量也就越來(lái)越不能供利用了。3.熵增加原理：1865年，克勞修斯指出：“對(duì)于任何一個(gè)封閉熵（entropy）舉例①用20元人民幣在市場(chǎng)公平輕易購(gòu)得一袋大米，而這袋大米卻不能在市場(chǎng)上輕易地?fù)Q成20元。②封閉容器中原被限制在某一局部的氣體分子一旦限制取消，分子將自由地充滿(mǎn)整個(gè)容器，但卻不能自發(fā)地再回縮到某個(gè)局部。③瓷瓶落地成碎片，而碎片卻不能自發(fā)回復(fù)成瓷瓶。④生米煮成熟飯，熟飯卻不能涼干成生米。熵（entropy）舉例①用20元人民幣在市場(chǎng)公平輕易購(gòu)得一“宇宙熱寂說(shuō)”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(lái)引起很多爭(zhēng)議的“宇宙熱寂說(shuō)”的正式提出?！坝钪鏌峒耪f(shuō)”1867年在法蘭克福舉行的第41屆德國(guó)自然第二類(lèi)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(kāi)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(lái)，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(lái)制成一個(gè)自動(dòng)機(jī)，是不可能的。這種自動(dòng)機(jī)也稱(chēng)為永動(dòng)機(jī)，后來(lái)人們把違反熱力學(xué)第一定律的永動(dòng)機(jī)稱(chēng)作第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)，違反熱力學(xué)第二定律的永動(dòng)機(jī)稱(chēng)作第二類(lèi)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(lèi)永動(dòng)機(jī)是不存在的。

第二類(lèi)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(kāi)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(guān)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。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

熱力學(xué)第三定律

它是熱力學(xué)的又一條基本規(guī)律，它不能由任何其他物理學(xué)定律得出，只能看作由實(shí)驗(yàn)事實(shí)作出的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

當(dāng)時(shí)的背景：氣體的液化和低溫的獲得。18世紀(jì)末，荷蘭人馬倫第一次用高壓壓縮的方法得到液態(tài)的氨；1823年法拉第在研究氯化物的性質(zhì)時(shí)得到液態(tài)的氯。1826年，他使許多氣體的液化。1893年1月20日，杜瓦（1842-1923）宣布發(fā)明了一種特殊的低溫恒溫器----后來(lái)叫杜瓦瓶。1898年他實(shí)現(xiàn)了氫的液化，達(dá)到20.4K。后來(lái)又得到固態(tài)氫，達(dá)到12K。熱力學(xué)第三定律它是熱力學(xué)的又一條基本規(guī)律，它不能由

到了19世紀(jì)下半期，隨著低溫技術(shù)的發(fā)展，低溫物理學(xué)提出了一些新問(wèn)題，即物體繼續(xù)冷卻下去會(huì)出現(xiàn)一些什么新的性質(zhì)？溫度是否可以無(wú)限降低？

1912年，德國(guó)物理學(xué)家能斯特（1864-1941）進(jìn)一步提出“絕對(duì)零度是不可能達(dá)到的”熱力學(xué)第三定律。到了19世紀(jì)下半期，隨著低溫技術(shù)的發(fā)展，低溫物理學(xué)提出

2.4分子運(yùn)動(dòng)論的發(fā)展

古代的分子運(yùn)動(dòng)論

分子運(yùn)動(dòng)論是熱學(xué)的一種微觀(guān)理論.它基于以下兩個(gè)基本概念：物質(zhì)是大量分子和原子組成的；熱現(xiàn)象是這些分子做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的一種表現(xiàn)。這些概念起源很早，2000多年前的中國(guó)和希臘,都有人提出物質(zhì)由原子組成的假說(shuō)。認(rèn)為萬(wàn)物是由原子組成，不同的原子組成了世界上不同的物質(zhì),而原子在不停的運(yùn)動(dòng)著。德莫克里特（公元前460-前371）：認(rèn)為物質(zhì)皆由各種不同微粒組成。雖然這些概念只是哲學(xué)上的主張，但對(duì)后來(lái)的分子運(yùn)動(dòng)論的發(fā)展起了啟示和指引的作用。2.4分子運(yùn)動(dòng)論的發(fā)展古代的分子運(yùn)動(dòng)論一、早期的動(dòng)理論在17世紀(jì)和18世紀(jì),出現(xiàn)了一些比古代原子論進(jìn)一步的但還只是定性的分子運(yùn)動(dòng)論假說(shuō)。

1658年，伽森第以分子運(yùn)動(dòng)論的觀(guān)點(diǎn)解釋了物質(zhì)的氣、液、固三態(tài)的區(qū)別；

1678年胡克又以氣體分子不斷碰撞器壁的結(jié)果，解釋了產(chǎn)生氣體壓強(qiáng)的來(lái)由。一、早期的動(dòng)理論1738年，瑞士物理學(xué)家伯努利在他的《液體動(dòng)力學(xué)》一書(shū)中，發(fā)展了這種假說(shuō)，從分子運(yùn)動(dòng)論的角度出發(fā)，也同樣得出氣體壓強(qiáng)與所占體積成反比的玻意耳定律，并且指出，這個(gè)定律在必須考慮分子本身所占體積的情況下，需要加以修正。俄國(guó)學(xué)者羅蒙諾索夫在1746和1748年的兩篇論文里，發(fā)表了自己的見(jiàn)解。他始終堅(jiān)持熱的根源在于運(yùn)動(dòng)。并在討論氣體的性質(zhì)時(shí)，提出氣體分子運(yùn)動(dòng)的無(wú)規(guī)則性，還肯定了運(yùn)動(dòng)守恒在熱現(xiàn)象中的正確性。1738年，瑞士物理學(xué)家伯努利在他的《液體動(dòng)力學(xué)19世紀(jì)上半葉，動(dòng)理論續(xù)有進(jìn)展，值得一提的有以下幾位：1.英國(guó)的赫拉帕斯，在1816年向英國(guó)的皇家學(xué)會(huì)提出自己的分子動(dòng)理論。他明確提出溫度決定于分子速度的思想。但權(quán)威們認(rèn)為他的思想過(guò)于遐想。2.蘇格蘭的瓦特斯頓，在1846年提出混合氣體中不同比重的氣體，所有分子的MV2的平均值應(yīng)該相同。這大概是能量均分定理的最早提法。3.焦耳在1847-1848年發(fā)表過(guò)兩篇?jiǎng)永碚摰难葜v。他提出了熱是分子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子間相互作用的能量。19世紀(jì)上半葉，動(dòng)理論續(xù)有進(jìn)展，值得一提的有以下幾位二、動(dòng)理論的復(fù)活

能量守恒和轉(zhuǎn)化定律建立之后，徹底否定了熱質(zhì)說(shuō)。熱質(zhì)說(shuō)衰落后，動(dòng)理論取而代之，于是就創(chuàng)造了一個(gè)對(duì)動(dòng)理論復(fù)活很有利的形勢(shì)。德國(guó)的化學(xué)家克里尼希（1822-1879），他激發(fā)了克勞修斯和麥克斯韋進(jìn)一步發(fā)展這個(gè)理論?？藙谛匏购望溈怂鬼f是動(dòng)理論的真正奠基人。二、動(dòng)理論的復(fù)活

三、克勞修斯的理想氣體分子模型

1857年發(fā)表《論熱運(yùn)動(dòng)的類(lèi)型》的文章，，以十分明晰和清楚的方式發(fā)展了氣體分子運(yùn)動(dòng)論的基本思想，推導(dǎo)出理想氣體的壓強(qiáng)公式。他的出發(fā)點(diǎn)是：（1）分子所占的空間對(duì)于氣體本身所占有的空間來(lái)說(shuō)必須是無(wú)限小。（2）改變兩個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)的碰撞過(guò)程所經(jīng)歷的時(shí)間，比起兩次碰撞所經(jīng)歷的時(shí)間間隔來(lái)說(shuō)必須是無(wú)限小。（3）分子力的影響必須是無(wú)限小。他還引入了一個(gè)新的概念------統(tǒng)計(jì)的概念，并借用統(tǒng)計(jì)處理的方法解釋氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生。

他用分子的速率在各個(gè)方向相等這一簡(jiǎn)化了的統(tǒng)計(jì)法推導(dǎo)出壓強(qiáng)公式

P=1/3mnv2

他另外的一個(gè)貢獻(xiàn)是引入了氣體分子平均自由程的概念。平均自由程的引入，為分子運(yùn)動(dòng)論提供了一個(gè)重要的物理量，他給出了分子在連續(xù)兩次碰撞間所走過(guò)的路程的長(zhǎng)短，從而更好地描繪氣體分子的運(yùn)動(dòng)圖象。*解釋氣體分子速度大而擴(kuò)散速度小的現(xiàn)象。他用分子的速率在各個(gè)方向相等這一簡(jiǎn)化了的統(tǒng)計(jì)法推導(dǎo)出壓強(qiáng)一、麥克斯韋速率分布

麥克斯韋（1831-1879）發(fā)現(xiàn)氣體分子速度分布律對(duì)動(dòng)理論和統(tǒng)計(jì)力學(xué)的發(fā)展具有里程碑的意義。他在1859年開(kāi)始進(jìn)行研究，當(dāng)時(shí)28歲，已經(jīng)是國(guó)王學(xué)院教授。受克勞修斯論文的啟示，他認(rèn)為可以用概率理論對(duì)動(dòng)理論進(jìn)行全面的論證。他從分子亂運(yùn)動(dòng)的解釋得出結(jié)論：氣體分子的大量碰撞不是導(dǎo)致象某些科學(xué)家所期望的使分子速度平均，而是呈現(xiàn)一定的速度分布，所有速度都以一定概率出現(xiàn)。第四節(jié)、統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的創(chuàng)建一、麥克斯韋速率分布第四節(jié)、統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的創(chuàng)建1860年，麥克斯韋從理論上，導(dǎo)出了氣體的速率分布律，同時(shí)得出了氣體分子的速率分布函數(shù)的表達(dá)式為

式中，m是一個(gè)分子質(zhì)量，T是氣體的熱力學(xué)溫度，k是玻爾茲曼常量。1860年，麥克斯韋從理論上，導(dǎo)出了氣體的速率分布律，同時(shí)得

1860年，麥克斯韋把速度分布規(guī)律發(fā)表在《氣體動(dòng)力論的說(shuō)明》里，由此找到了由微觀(guān)量求統(tǒng)計(jì)平均值的更切實(shí)的途徑，為氣體分子運(yùn)動(dòng)論奠定了基礎(chǔ)。他還應(yīng)用速率分布率，對(duì)氣體分子平均自由程進(jìn)行了再一次計(jì)算，推導(dǎo)出現(xiàn)在被人們所公認(rèn)的值。1860年，麥克斯韋把速度分布規(guī)律發(fā)表在《氣體動(dòng)力論的說(shuō)二、玻爾茲曼分布玻爾茲曼（1844-1906），奧地利著名的物理學(xué)家，曾是斯特藩的學(xué)生和助教。1876年任維也納物理研究所所長(zhǎng)，是統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的創(chuàng)始人之一。

1866年從維也納大學(xué)畢業(yè)，開(kāi)始研究動(dòng)理論。1868年發(fā)表《運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)活力平衡的研究》的論文。他明確指出，研究動(dòng)理論必須引進(jìn)統(tǒng)計(jì)學(xué)。并證明麥克斯韋分布的正確性。1871年連續(xù)發(fā)表論文，《論多原子的熱平衡》、《熱平衡的某些理論》，文中他研究了分子在二、玻爾茲曼分布重力場(chǎng)中的平衡分布。他不滿(mǎn)足于推導(dǎo)出氣體在平衡態(tài)下的分布律，他接著證明了氣體（原來(lái)不處于平衡）總要趨于平衡態(tài)的趨勢(shì)。1872年，他發(fā)表論文，提出了著名的H定理。1877年，他進(jìn)一步研究了熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)解釋。“熱力學(xué)第二定律是關(guān)于概率的定律，所以它的結(jié)論不能靠一條動(dòng)力學(xué)方程來(lái)檢驗(yàn)的”重力場(chǎng)中的平衡分布。經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件三、統(tǒng)計(jì)系綜和吉布斯的工作系綜概念的提出和運(yùn)用標(biāo)志著動(dòng)理論發(fā)展到了統(tǒng)計(jì)力學(xué)的新階段。系綜是一個(gè)虛構(gòu)的抽象概念，代表了大量性質(zhì)相同的力學(xué)體系的集合，每個(gè)體系處于相互獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)中。玻爾茲曼和麥克斯韋統(tǒng)計(jì)的思想，后來(lái)在吉布斯（1839-1903）的工作中得到了發(fā)展。美國(guó)耶魯大學(xué)教授。吉布斯把大量分子當(dāng)作一個(gè)力學(xué)體系，不做任何假設(shè)，他把整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)成統(tǒng)計(jì)的對(duì)象，求體系處在各相空間的概率分布，用統(tǒng)計(jì)規(guī)律求相應(yīng)的宏觀(guān)量。三、統(tǒng)計(jì)系綜和吉布斯的工作

在克勞修斯、麥克斯韋、玻爾茲曼研究的基礎(chǔ)上，吉布斯提出：“熱力學(xué)的發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)建立在力學(xué)的一個(gè)分支上”，吉布斯由此建立了統(tǒng)計(jì)力學(xué)。1902年發(fā)表了《統(tǒng)計(jì)力學(xué)的基本理論》，建立了完整的“系綜理論”。在克勞修斯、麥克斯韋、玻爾茲曼研究的基礎(chǔ)上，吉布斯提四、電磁學(xué)的建立4.1從靜電到動(dòng)電的研究：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。四、電磁學(xué)的建立4.1從靜電到動(dòng)電的研究：

首先對(duì)電和磁現(xiàn)象進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究的是英國(guó)的威廉·吉爾伯特（WilliamGilbert，1544—1603）。他認(rèn)識(shí)到電力和磁力是性質(zhì)不同的兩種力。他第一個(gè)將琥珀和毛皮摩擦后吸引輕小物體的性質(zhì)叫做“電”。1600年，吉爾伯特發(fā)表了《論磁、磁體和地球作為一個(gè)巨大的磁體》（Demagnete，magneticisquecorporibusetdemagnomagnetetellure，簡(jiǎn)稱(chēng)《磁石論》）。他總結(jié)了前人對(duì)磁的研究，周密地討論了地磁的性質(zhì)，記載了大量實(shí)驗(yàn)，使磁學(xué)從經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)。書(shū)中他也記載了電學(xué)方面的研究。(一)吉爾伯特與<<磁石論>>首先對(duì)電和磁現(xiàn)象進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究的是英國(guó)的威廉·吉爾伯（二）萊頓瓶的發(fā)明1720年，格雷(S.Gray，1675—1736)研究了電的傳導(dǎo)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體與絕緣體的區(qū)別。隨后，他又發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體的靜電感應(yīng)現(xiàn)象。1734年法國(guó)人杜菲（Charles-FrancoisduFay，1696～1739）在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)帶電的玻璃和帶電的琥珀是相互吸引的，但是兩塊帶電的琥珀或者兩塊帶電的玻璃則是相互排斥的。杜菲根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)事實(shí)斷定電有兩種：一種是與琥珀帶的電性質(zhì)相同，叫做“琥珀電”；一種是與玻璃帶的電性質(zhì)相同，叫做“玻璃電”。1745年普魯士（德國(guó)的前身）的一位副主教克萊斯特(EwaldGeorgvonKleist，1700-1748)在實(shí)驗(yàn)中利用導(dǎo)線(xiàn)將摩擦所起的電引向裝有鐵釘?shù)牟Ａ俊．?dāng)他用手觸及鐵釘時(shí)，受到猛烈的一擊，他由此發(fā)現(xiàn)了放電現(xiàn)象。（二）萊頓瓶的發(fā)明1720年，格雷(S.Gray，16法國(guó)人諾萊特在巴黎進(jìn)行的萊頓瓶表演（法國(guó)國(guó)王路易十五及皇室成員臨場(chǎng)觀(guān)看）法國(guó)人諾萊特在巴黎進(jìn)行的萊頓瓶表演（法國(guó)國(guó)王路易十五及皇室成（三）富蘭克林及其電荷守恒定律

富蘭克林還認(rèn)為摩擦只能使電液從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體上，即“電不是摩擦玻璃管而產(chǎn)生的，而只是從摩擦者轉(zhuǎn)移到了玻璃管，摩擦者失去的電與玻璃管獲得的電嚴(yán)格相同”。這就告訴人們，在任一絕緣體系中電的總量是不變的，這就是通常所說(shuō)的電荷守恒原理。

富蘭克林所做的另一項(xiàng)重大貢獻(xiàn)是統(tǒng)一了天電和地電。當(dāng)時(shí)的歐洲和美國(guó)的大多數(shù)人認(rèn)為雷電是“上帝之火”，是天神發(fā)怒的結(jié)果。為破除這種迷信，富蘭克林通過(guò)親自進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)，證明了雷電的電與摩擦電本質(zhì)上是一樣的。徹底破除了人們對(duì)雷電的恐懼、迷信心理。富蘭克林據(jù)此提出了制造避雷針的設(shè)想，使建筑物免遭雷擊。（三）富蘭克林及其電荷守恒定律富蘭克林還認(rèn)為摩擦只能使（四）伽伐尼電流的發(fā)現(xiàn)1780年，意大利科學(xué)家伽伐尼（LuigiGalvani,1737～1798)在一次解剖青蛙時(shí)有一個(gè)偶然的發(fā)現(xiàn)，一只已解剖的青蛙放在一個(gè)潮濕的鐵案上，當(dāng)解剖刀無(wú)意中觸及蛙腿上外露的神經(jīng)時(shí)，死蛙的腿猛烈地抽搐了一下。伽伐尼立即重復(fù)了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，又觀(guān)察到同樣的現(xiàn)象。

他以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，選擇各種不同的金屬，例如銅和鐵或銅和銀，接在一起，而把另兩端分別與死蛙的肌肉和神經(jīng)接觸，青蛙就會(huì)不停地屈伸抽動(dòng)。如果用玻璃、橡膠、松香、干木頭等代替金屬，就不會(huì)發(fā)生這樣的現(xiàn)象。他認(rèn)為這是一種生物電現(xiàn)象，并于1791年發(fā)表了題為《關(guān)于電對(duì)肌肉運(yùn)動(dòng)的作用》的論文。

（四）伽伐尼電流的發(fā)現(xiàn)1780年，意大利科學(xué)家伽伐尼（1791年意大利物理學(xué)家亞歷山德羅·

伏打(AlessandroVolta，1745～1827)得知伽伐尼的這一發(fā)現(xiàn)，引起了他的極大興趣，作了一系列實(shí)驗(yàn)，甚至還在自己身上做實(shí)驗(yàn)。他用兩種金屬接成一根彎桿，一端放在嘴里，另一端和眼睛接觸，在接觸的瞬間就有光亮的感覺(jué)產(chǎn)生。他用舌頭舔著一枚金幣和一枚銀幣，然后用導(dǎo)線(xiàn)把硬幣連接起來(lái)，就在連接的瞬間，舌頭有發(fā)麻的感覺(jué)。這些實(shí)驗(yàn)證明：電不僅能夠產(chǎn)生顫動(dòng)，而且還會(huì)影響視覺(jué)和味覺(jué)神經(jīng)。1793年伏打發(fā)表一篇論文，總結(jié)了自己的實(shí)驗(yàn)，不同意伽伐尼關(guān)于動(dòng)物生電的觀(guān)點(diǎn)。伏打在伽伐尼實(shí)險(xiǎn)的基礎(chǔ)上，致力研究?jī)煞N不同金屬的接觸。他得出了新的結(jié)論，認(rèn)為兩金屬不僅僅是導(dǎo)體，而且是由它們產(chǎn)生電流的。用伏打自己的話(huà)來(lái)說(shuō)：金屬是真正的電流激發(fā)者，而神經(jīng)是被動(dòng)的。伏打并把這種電流命名為“金屬的”或“接觸的”電流。他為了尊重伽伐尼的最先發(fā)現(xiàn)權(quán)，把這種電流稱(chēng)為“伽伐尼電流”。1791年意大利物理學(xué)家亞歷山德羅·伏打(Aless

伏打發(fā)現(xiàn)當(dāng)金屬浸入某些液體時(shí)，也會(huì)發(fā)生同樣的電流效應(yīng)。伏打開(kāi)始是用幾只碗盛了鹽水，把幾對(duì)黃銅和鋅做成的電極連接起來(lái)，就有電流產(chǎn)生。1800年3月20日，伏打宣布了一個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)，這就是著名的“伏打電池”（左圖）。他用30塊、40塊、60塊或更多的銅片（最好是用銀片），每一片都和一塊錫片（最好是鋅片）接觸，并且用相同數(shù)目的水層或比純水更好些的導(dǎo)電液體層，好食鹽水或堿水等，或是浸透這些液體的紙殼或皮革……。銀片和鋅片是兩種不同的金屬，鹽水或其他導(dǎo)電溶液作為電解液，它們構(gòu)成了電流回路。這是一種比較原始的電池，是由很多銀鋅電池連接而成的電池組。

伏打（AlessandroVolta,1745～1827）意大利物理學(xué)家。1745年2月18日生于科莫。學(xué)生時(shí)代就會(huì)對(duì)自然科學(xué)有濃厚興趣。1774～1779年任科莫大學(xué)預(yù)科物理學(xué)教授。1779～1815年任帕多瓦大學(xué)哲學(xué)系主任。1819年退休后回到故鄉(xiāng)科莫。1827年3月5日在該地逝世。（五）伏打電堆的發(fā)明伏打發(fā)現(xiàn)當(dāng)金屬浸入某些液體時(shí)，也會(huì)發(fā)生同樣的電流效應(yīng)。庫(kù)侖定律的建立

庫(kù)侖（Charlse-AugustindeCoulomb1736～1806年）是法國(guó)工程師和物理學(xué)家。青少年時(shí)期，庫(kù)侖受過(guò)良好的教育。離開(kāi)學(xué)校后，庫(kù)侖當(dāng)過(guò)軍事工程隊(duì)的工程師，對(duì)材料的性質(zhì)、物體上應(yīng)力和應(yīng)變的計(jì)算十分在行。1781年庫(kù)侖研究了摩擦定律，研究了絲線(xiàn)和金屬絲的扭轉(zhuǎn)，確立了彈性扭轉(zhuǎn)的定律。根據(jù)這些成果，1784年庫(kù)侖制成了測(cè)量力的儀器--扭秤。1785年，他借助扭秤在實(shí)驗(yàn)上確立了靜電學(xué)基本定律即庫(kù)侖定律：兩電荷之間的作用力與其距離的平方成反比，和兩者所帶電量的乘積成正比。庫(kù)侖定律的建立庫(kù)侖（Charlse-Augustin4.2奧斯特的發(fā)現(xiàn)1819年丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特（Oersted,Hans，1777-1851)在一次課堂實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：讓一個(gè)羅盤(pán)靠近通電導(dǎo)線(xiàn)，羅盤(pán)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。4.2奧斯特的發(fā)現(xiàn)1819年丹麥物理4.3法拉第的電磁學(xué)研究法拉第（MichaelFaraday1791-1867）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(shū)，常翻大英百科全書(shū)中的電學(xué)文章和拉瓦錫的化學(xué)教程等。4.3法拉第的電磁學(xué)研究法拉第（MichaelF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。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，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(guò)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(guò)來(lái)讓磁力產(chǎn)生電流。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)裝置讀不到電流實(shí)驗(yàn)經(jīng)過(guò)了許多曲折和戲劇性的過(guò)程。他用安培(Ampère,André1775-1836)發(fā)明的線(xiàn)圈來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)，希望這個(gè)磁場(chǎng)能對(duì)第二個(gè)線(xiàn)圈產(chǎn)生影響。第一個(gè)線(xiàn)圈固然產(chǎn)生了穩(wěn)定的磁場(chǎng)，但是在第二個(gè)線(xiàn)圈中讀不到電流。讀不到電流實(shí)驗(yàn)經(jīng)過(guò)了許多曲折和戲劇性的沒(méi)有輕易放過(guò)的現(xiàn)象在多次無(wú)效的嘗試之后，一次在關(guān)閉第一線(xiàn)圈的電流的一剎那，第二線(xiàn)圈的電流計(jì)指針顫動(dòng)了一下。據(jù)說(shuō)十年前安培就發(fā)現(xiàn)過(guò)這個(gè)現(xiàn)象，但是這個(gè)現(xiàn)象不合于他的理論，就對(duì)之未加考慮。但法拉第沒(méi)有輕易放過(guò)這一現(xiàn)象。沒(méi)有輕易放過(guò)的現(xiàn)象在多次無(wú)效的嘗試之后，一次在關(guān)閉第一線(xiàn)圈的電磁感應(yīng)經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，法拉第發(fā)現(xiàn)只有在打開(kāi)和關(guān)閉第一線(xiàn)圈的電流時(shí)，第二線(xiàn)圈內(nèi)才產(chǎn)生一股瞬時(shí)的電流。這就是感應(yīng)電流的發(fā)現(xiàn)。這種現(xiàn)象被稱(chēng)作電磁感應(yīng)，是后來(lái)一切電動(dòng)能源的基礎(chǔ)。電磁感應(yīng)經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，法拉第發(fā)現(xiàn)只有在打開(kāi)和關(guān)閉第一線(xiàn)圈的電磁力線(xiàn)法拉第直觀(guān)地用磁力線(xiàn)來(lái)描述磁體周?chē)拇艌?chǎng)，并用鐵屑來(lái)演示磁力線(xiàn)的排列。他認(rèn)為這種力線(xiàn)是很實(shí)在的東西，比原子更為實(shí)在。感應(yīng)電流只有當(dāng)磁力線(xiàn)切割導(dǎo)線(xiàn)時(shí)才產(chǎn)生。磁力線(xiàn)法拉第直觀(guān)地用磁力線(xiàn)來(lái)描述磁體周?chē)拇艌?chǎng)，并用磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)一旦證明磁能產(chǎn)生電，法拉第接下來(lái)的工作是要用磁場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生連續(xù)的電流。不久他就造出了世界上第一臺(tái)磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)。要生產(chǎn)出完全實(shí)用的發(fā)電機(jī)還需要許多輔助設(shè)備。而發(fā)明這些輔助設(shè)備花了人類(lèi)半個(gè)多世紀(jì)。最終的發(fā)電機(jī)與法拉第的最初模型看起來(lái)毫不相同，但基本工作原理是一樣的。磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)一旦證明磁能產(chǎn)生電，法拉第接下來(lái)的工作是要用磁場(chǎng)

法拉第對(duì)各項(xiàng)試驗(yàn)作了總結(jié)，向英國(guó)皇家學(xué)會(huì)報(bào)告說(shuō)：產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況可以分為五類(lèi)：

1．變化中的電流；

2．變化中的磁場(chǎng)；

3．運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)恒電流；

4．運(yùn)動(dòng)中的磁鐵；

5．在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體。

法拉第對(duì)電磁學(xué)的貢獻(xiàn)不僅是發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)，他還發(fā)現(xiàn)了光磁效應(yīng)（也叫法拉第效應(yīng)）、電解定律和物質(zhì)的抗磁性。他在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上創(chuàng)建了力線(xiàn)思想和場(chǎng)的概念，為麥克斯韋電磁場(chǎng)理論奠定了基礎(chǔ)。法拉第對(duì)各項(xiàng)試驗(yàn)作了總結(jié)，向英國(guó)皇家學(xué)會(huì)報(bào)告說(shuō)：產(chǎn)生感4.4麥克斯韋的數(shù)學(xué)升華法拉第借助于巧妙的實(shí)驗(yàn)和直觀(guān)的圖像，成功地用力線(xiàn)模型解釋了電磁現(xiàn)象。但是由于他是自學(xué)成才，不熟悉數(shù)學(xué)，因此不可能給他的理論給以數(shù)學(xué)表示。是數(shù)學(xué)天才麥克斯韋完成了這項(xiàng)工作，并且補(bǔ)充了更多的內(nèi)容，從而奠定了電磁場(chǎng)理論的基礎(chǔ)。4.4麥克斯韋的數(shù)學(xué)升華法拉第借助于巧妙的實(shí)驗(yàn)和直觀(guān)的圖像，麥克斯韋麥克斯韋（JamesClerkMaxwell1831-1879）出生于蘇格蘭望族，是家中的獨(dú)子。他從小就有數(shù)學(xué)方面的天分，但是被同學(xué)們稱(chēng)為傻瓜。十五歲時(shí)他把如何繪制卵形線(xiàn)的方法寫(xiě)成論文送到皇家學(xué)會(huì)宣讀。1850年進(jìn)劍橋大學(xué)。麥克斯韋麥克斯韋（JamesClerkMaxwell《論法拉第的力線(xiàn)》麥克斯韋接受開(kāi)爾文的忠告，通讀了法拉第的論文集《電學(xué)實(shí)驗(yàn)研究》，他認(rèn)識(shí)到關(guān)鍵在于在少數(shù)簡(jiǎn)單的觀(guān)念的基礎(chǔ)上把其中交錯(cuò)混亂的電磁學(xué)解釋明白。1856年2月他發(fā)表了電磁學(xué)的第一篇論文《論法拉第的力線(xiàn)》，文章的目標(biāo)首先放在用數(shù)學(xué)表示法拉第的見(jiàn)解上?！墩摲ɡ诘牧€(xiàn)》麥克斯韋接受開(kāi)爾文的忠告，通讀了法拉第的論《論物理的力線(xiàn)》1862年麥克斯韋發(fā)表了電磁學(xué)的第二篇論文《論物理的力線(xiàn)》。這篇文章超越了法拉第，取得了新的成果，從而鞏固了電磁理論的基礎(chǔ)。在該文中麥克斯韋論述了傳遞電作用的媒質(zhì)具有什么樣的結(jié)構(gòu)，在媒質(zhì)中產(chǎn)生什么樣的張力和運(yùn)動(dòng)，怎樣表示觀(guān)測(cè)到的電磁現(xiàn)象等問(wèn)題?！墩撐锢淼牧€(xiàn)》1862年麥克斯韋發(fā)磁力管按照法拉第的思想，整個(gè)空間都充滿(mǎn)了由磁力線(xiàn)構(gòu)成的磁力管，各磁力管都具有橫向擴(kuò)展和縱向收縮的性質(zhì)。好比旋轉(zhuǎn)著的液體，由于收到離心力的作用，相對(duì)轉(zhuǎn)軸橫向擴(kuò)展，在縱向收縮。麥克斯韋設(shè)想，磁力管內(nèi)充滿(mǎn)以太，而且都在作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，整個(gè)空間就被這樣的以太漩渦充滿(mǎn)。磁力管按照法拉第的思想，整個(gè)空間都充麥克斯韋的“機(jī)械”電磁場(chǎng)模型但是這樣擠得滿(mǎn)滿(mǎn)的以太漩渦自身不能很好地同時(shí)在同一方向旋轉(zhuǎn)，因此麥克斯韋設(shè)想各漩渦之間夾有像滾珠軸承那樣的粒子。在這樣的模型中，磁場(chǎng)強(qiáng)度相當(dāng)于漩渦的角速度；電場(chǎng)強(qiáng)度相當(dāng)于漩渦發(fā)生形變時(shí)所產(chǎn)生的彈性力；電流強(qiáng)度相當(dāng)于滾珠軸承粒子的流動(dòng)。麥克斯韋的“機(jī)械”電磁場(chǎng)模型但是這樣位移電流在第二篇論文中麥克斯韋引進(jìn)了位移電流的概念：即由軸承粒子的位移產(chǎn)生的電流。從位移電流概念出發(fā)能導(dǎo)出重要的結(jié)論。麥克斯韋計(jì)算了媒質(zhì)中電粒子振動(dòng)的傳播速度幾乎等于當(dāng)時(shí)測(cè)得的真空中的光速。于是麥克斯韋大膽作出結(jié)論：光和引起電磁現(xiàn)象的情形一樣，是以太的橫向振動(dòng)。位移電流在第二篇論文中麥克斯韋引進(jìn)了位移電流的概念：即由軸承《電磁場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)理論》麥克斯韋在1864年發(fā)表了第三篇電磁學(xué)論文，對(duì)他的理論進(jìn)行