物理學(xué)熱學(xué)§1.1宏觀與微觀描述方法

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1、普通物理教程熱學(xué)楊遠(yuǎn)貴淮北師范大學(xué)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?！鞲袼菇滩膬?nèi)容第一章導(dǎo)論第二章分子動(dòng)理學(xué)理論的平衡態(tài)理論第三章輸運(yùn)現(xiàn)象與分子動(dòng)理學(xué)理論的非平衡態(tài)理論第四章熱力學(xué)第一定律第五章熱力學(xué)第二定律第六章物態(tài)與相變基本框架熱力學(xué)第零定律熱平衡溫度熱力學(xué)第一定律能量守恒內(nèi)能、功熱量、焓熱力學(xué)第二定律過程方向熵?zé)崃W(xué)第三定律溫度極限絕對(duì)零度本課程主要討論以下三部分內(nèi)容：（1）熱力學(xué)基礎(chǔ)；（2）統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的初步知識(shí)（以分子動(dòng)理論的內(nèi)容為主）；（3）氣體、液體、固體、相變等物性學(xué)方面的基本

2、知識(shí)。以后在“熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理”、“固體物理”等課程中還要對(duì)熱物理學(xué)的相關(guān)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(shí)并獨(dú)立地完成作業(yè)平時(shí)成績：出勤、作業(yè)、課堂學(xué)習(xí)狀態(tài)、回答問題等占30%期末考試：70%熱學(xué)簡史早期發(fā)展簡述熱力學(xué)第一定律的建立分子運(yùn)動(dòng)論的發(fā)展早期發(fā)展簡述：溫度的定義和熱機(jī)的研制1.對(duì)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(jì)的雛形。2.熱機(jī)的發(fā)展“蒸汽機(jī)是一個(gè)真正的國際發(fā)明，而這個(gè)事實(shí)又證實(shí)了一個(gè)巨大的歷史進(jìn)步?！?695年，法國人巴本第一個(gè)發(fā)明蒸汽機(jī)，但操作不便，不安全。1705年，鈕科門和科里制造了新蒸汽機(jī)，有一定實(shí)用價(jià)值

3、，但用水冷卻氣缸，能量損失很大。1769年，英國技工瓦特改進(jìn)了鈕科門機(jī)，加了冷凝器，使機(jī)器運(yùn)作由斷續(xù)變連續(xù)，從而蒸汽機(jī)的使用價(jià)值大大提高，導(dǎo)致了歐洲的工業(yè)革命。1785年，熱機(jī)被應(yīng)用于紡織。1807年，熱機(jī)被美國人富爾頓應(yīng)用于輪船，1825年被用于火車和鐵路。薩維里的蒸汽機(jī)托馬斯?紐可門的蒸汽機(jī)瓦特像瓦特發(fā)明的蒸汽機(jī)1807年3.量熱學(xué)和熱傳導(dǎo)理論的建立在18世紀(jì)前半葉，人們對(duì)什么是溫度，什么是熱量的概念含糊不清，熱學(xué)要發(fā)展，有關(guān)熱學(xué)的一系列概念就需要有科學(xué)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(xué)生伊爾文等逐步工作，終于在1780年前后，溫度、熱量、熱容量、潛熱等

4、一系列概念都已形成。4.熱本性說的爭論1）認(rèn)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(rèn)為熱是物體粒子的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)。代表人物：笛卡爾、胡克、羅蒙諾索夫，倫福德。他們認(rèn)為：“盡管看不到，也不能否定分子運(yùn)動(dòng)是存在的?！睙崃W(xué)第一定律的建立一、定律誕生的背景1）為蒸汽機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展，迫切需要研究熱和功的關(guān)系，以提高熱機(jī)效率，適應(yīng)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(xué)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(shù)時(shí)，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(rèn)為，食物中含有的化學(xué)能，可轉(zhuǎn)化為熱

5、能，在熱帶情況下，機(jī)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(diǎn)，在1845年的論文中，更明確寫道：“無不能生有，有不能變無。”“在死的或活的自然界中，這個(gè)力（能）永遠(yuǎn)處于循環(huán)和轉(zhuǎn)化之中。”邁爾是將熱學(xué)觀點(diǎn)用于有機(jī)世界研究的第一人。恩格斯對(duì)邁爾的工作給予很高的評(píng)價(jià)。德國的邁爾(1814-1878)亥姆霍茲德國科學(xué)家，他認(rèn)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(jī)械運(yùn)動(dòng)推廣到普遍的能量守恒。焦耳的實(shí)驗(yàn)研究焦耳是英國著名的實(shí)驗(yàn)

6、物理學(xué)家，家境富裕。16歲在名家道爾頓處學(xué)習(xí)，使他對(duì)科學(xué)濃厚興趣。當(dāng)時(shí)電機(jī)剛出現(xiàn)，焦耳在1841年發(fā)表文章指出:“熱量與導(dǎo)體電阻和電流平方成正比。”這就是著名的焦耳——楞次定律。探求熱和得到的或失去的機(jī)械功之間是否存在一個(gè)恒定的比值，又成了焦耳感興趣的問題。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)量用了三十多年，實(shí)驗(yàn)了400多次，付出大量的辛勤勞動(dòng)。焦?fàn)枩y(cè)量熱功當(dāng)量的一種實(shí)驗(yàn)裝置--------漿葉實(shí)驗(yàn)焦耳像分子

7、運(yùn)動(dòng)論的發(fā)展1、早期的分子運(yùn)動(dòng)論1）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。2）1658年，伽桑狄提出，物質(zhì)是由分子構(gòu)成的。2、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(qiáng)公式，引入了平均自由程的概念。3、麥克斯韋的貢獻(xiàn)1860年，麥克斯韋發(fā)表了《氣體動(dòng)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