物理學熱學§1.1 宏觀與微觀描述方法

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1、普通物理教程熱學楊遠貴淮北師范大學E-mail:yygcn@163.comPhone:13665614190熱是人類最早發(fā)現(xiàn)的一種自然力，是地球上一切生命的源泉。——恩格斯教材內(nèi)容第一章導論第二章分子動理學理論的平衡態(tài)理論第三章輸運現(xiàn)象與分子動理學理論的非平衡態(tài)理論第四章熱力學第一定律第五章熱力學第二定律第六章物態(tài)與相變基本框架熱力學第零定律熱平衡溫度熱力學第一定律能量守恒內(nèi)能、功熱量、焓熱力學第二定律過程方向熵熱力學第三定律溫度極限絕對零度本課程主要討論以下三部分內(nèi)容：（1）熱力學基礎；（2）統(tǒng)計物理學的初步知識（以分子動理論的內(nèi)容為主）；（3）氣體、液體、固體、相變等物性學方面的

2、基本知識。以后在“熱力學與統(tǒng)計物理”、“固體物理”等課程中還要對熱物理學的相關內(nèi)容作更深入的討論。課程要求上課不可遲到、早退課堂不可接打電話按時并獨立地完成作業(yè)平時成績：出勤、作業(yè)、課堂學習狀態(tài)、回答問題等占30%期末考試：70%熱學簡史早期發(fā)展簡述熱力學第一定律的建立分子運動論的發(fā)展早期發(fā)展簡述：溫度的定義和熱機的研制1.對溫度的研究1593年，伽利略利用空氣熱脹冷縮的性質(zhì)，制成了溫度計的雛形。2.熱機的發(fā)展“蒸汽機是一個真正的國際發(fā)明，而這個事實又證實了一個巨大的歷史進步?！?695年，法國人巴本第一個發(fā)明蒸汽機，但操作不便，不安全。1705年，鈕科門和科里制造了新蒸汽機，有一定

3、實用價值，但用水冷卻氣缸，能量損失很大。1769年，英國技工瓦特改進了鈕科門機，加了冷凝器，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，導致了歐洲的工業(yè)革命。1785年，熱機被應用于紡織。1807年，熱機被美國人富爾頓應用于輪船，1825年被用于火車和鐵路。薩維里的蒸汽機托馬斯?紐可門的蒸汽機瓦特像瓦特發(fā)明的蒸汽機1807年3.量熱學和熱傳導理論的建立在18世紀前半葉，人們對什么是溫度，什么是熱量的概念含糊不清，熱學要發(fā)展，有關熱學的一系列概念就需要有科學的定義。經(jīng)彼得堡院士里赫曼于1744年開始，英國人布拉克和他的學生伊爾文等逐步工作，終于在1780年前后，溫度、熱量、熱

4、容量、潛熱等一系列概念都已形成。4.熱本性說的爭論1）認為熱是一種物質(zhì)，即熱質(zhì)說。代表人物：伊壁鳩魯、付里葉、卡諾。2）認為熱是物體粒子的內(nèi)部運動。代表人物：笛卡爾、胡克、羅蒙諾索夫，倫福德。他們認為：“盡管看不到，也不能否定分子運動是存在的?！睙崃W第一定律的建立一、定律誕生的背景1）為蒸汽機的進一步發(fā)展，迫切需要研究熱和功的關系，以提高熱機效率，適應生產(chǎn)力發(fā)展的需要。2）能量轉(zhuǎn)化與守恒思想的萌發(fā)二、確立能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的三位科學家邁爾曾是一位隨船醫(yī)生，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，這引起了邁爾的沉思。他認為，食物中含有的化

5、學能，可轉(zhuǎn)化為熱能，在熱帶情況下，機體中燃燒過程減慢，因而留下了較多的氧。邁爾的結(jié)論是：“因此力（能量）是不滅的，而是可轉(zhuǎn)化的，不可稱量的客體”。邁爾在1841年、1842年撰文發(fā)表了他的觀點，在1845年的論文中，更明確寫道：“無不能生有，有不能變無?！薄霸谒赖幕蚧畹淖匀唤缰?，這個力（能）永遠處于循環(huán)和轉(zhuǎn)化之中?！边~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。德國的邁爾(1814-1878)亥姆霍茲德國科學家，他認為，大自然是統(tǒng)一的，自然力(即能量)是守恒的。1847年，發(fā)表著名論文《力的守恒》，把能量概念從機械運動推廣到普遍的能量守恒。焦耳的實驗研究

6、焦耳是英國著名的實驗物理學家，家境富裕。16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)，焦耳在1841年發(fā)表文章指出:“熱量與導體電阻和電流平方成正比?！边@就是著名的焦耳——楞次定律。探求熱和得到的或失去的機械功之間是否存在一個恒定的比值，又成了焦耳感興趣的問題。1845年，焦耳為測定機械功和熱之間的轉(zhuǎn)換關系，設計了“熱功當量實驗儀”，并反復改進，反復實驗。1849年發(fā)表《論熱功當量》。1878年發(fā)表《熱功當量的新測定》，最后得到的數(shù)值為423.85公斤·米/千卡。焦耳測熱功當量用了三十多年，實驗了400多次，付出大量的辛勤勞動。焦爾測量熱功當量的一種實驗裝置-----

7、---漿葉實驗焦耳像分子運動論的發(fā)展1、早期的分子運動論1）德莫克里特（公元前460-前371）：認為物質(zhì)皆由各種不同微粒組成。2）1658年，伽桑狄提出，物質(zhì)是由分子構成的。2、克勞修斯的理想氣體分子模型1857年發(fā)表《論熱運動的類型》的文章，，以十分明晰和信服的推理，建立了理想氣體分子模型和壓強公式，引入了平均自由程的概念。3、麥克斯韋的貢獻1860年，麥克斯韋發(fā)表了《氣體動力論的說明》，第一次用概率的思想，建立了麥克斯韋分子速率分布律。4、玻爾茲曼的