熱學(xué)發(fā)展簡史.doc

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1、熱學(xué)發(fā)展簡史物理學(xué)發(fā)展札記——熱學(xué)部分熱學(xué)發(fā)展簡史熱學(xué)發(fā)展史實際上就是熱力學(xué)和統(tǒng)計物理學(xué)的發(fā)展史，可以劃分為四個時期。第一個時期，實質(zhì)上是熱學(xué)的早期史，開始于17世紀末直到19世紀中葉，這個吋期積累了大量的實驗和觀察事實。關(guān)于熱的本性展開了研究和爭論，為熱力學(xué)理論的建立作了準備，在19世紀前半葉出現(xiàn)的熱機理論和熱功相當(dāng)原理己經(jīng)包含了熱力學(xué)的基本思想。笫二時期從19世紀中葉到19世紀70年代末。這個時期發(fā)展了唯象熱力學(xué)和分子運動論。這些理論的誕生直接與熱功相當(dāng)原理有關(guān)。熱功相當(dāng)原理奠定了熱力學(xué)第一定律的基礎(chǔ)。它和卡諾理論結(jié)合，導(dǎo)致了熱力學(xué)第二定律

2、的形成。熱功相當(dāng)原理跟微粒說（唯動說）結(jié)合則導(dǎo)致了分子運動論的建立。而在這段時期內(nèi)唯象熱力學(xué)和分子運動論的發(fā)展還是彼此隔絕的。第三時期內(nèi)唯象熱力學(xué)的概念和分子運動論的概念結(jié)合的結(jié)果，最終導(dǎo)致了統(tǒng)計熱力學(xué)的產(chǎn)生。它開始于19世紀70年代末波茲曼的經(jīng)典工作,止于20世紀初。這時出現(xiàn)了吉布斯在統(tǒng)計力學(xué)方面的基礎(chǔ)工作。從20世紀30年代起，熱力學(xué)和統(tǒng)計物理學(xué)進入了第四個時期，這個時期內(nèi)出現(xiàn)了量子統(tǒng)計物理學(xué)和非平衡態(tài)理論，形成了現(xiàn)代理論物理學(xué)最重要的一個部門。?早期：鉆木取火。秦李冰父子利用巖石加熱再驟冷會裂開的技術(shù)開鑿都江堰。?十七世紀：伽立略制造氣體

3、溫度計。?1662年：波以耳發(fā)現(xiàn)定溫時，定量氣體的壓力與體積成反比。?十八世紀：攝氏及華氏溫標建立。?1781年：查理發(fā)現(xiàn)氣體在定壓下體積會隨溫度改變。?十九世紀：焦耳證明熱是能量的另一種形式。?十九世紀：熱力學(xué)三大定律。?十九世紀：氣體動力論。物理學(xué)發(fā)展札記——熱學(xué)部分【我國古代的熱學(xué)知識】對于冷和熱的認識溫度是熱學(xué)中極為重要的一個概念，通常表示物體冷熱的程度。我國古代就已經(jīng)認識到較冷的物體和較熱的物體之間的區(qū)別，開始掌握了降溫術(shù)和高溫術(shù)。在燒制陶器和冶煉過程中，工匠憑“火候”、火的顏色，來定性地判斷溫度的高低。《淮南子》屮曾記載“見瓶屮之冰

4、而知天下的寒暑”，表明已能從水的物態(tài)變化來判斷氣溫的高低。西周初期，古人已經(jīng)將冬季的天然冰，在春夏時，用來冷藏食物和保存廠體。由于冶煉業(yè)的發(fā)展，古人已經(jīng)掌握了獲得高溫（攝氏千度以上）和利用高溫的技術(shù)。宋代，已有制造保溫器的記載，其中最精彩的當(dāng)推“伊陽古瓶”。南宋洪邁（1123—1202）的《夷堅甲志》中寫道：“張虞卿者文定公齊賢裔孫，居西京伊陽縣小水鎮(zhèn)，得古瓦瓶于土中，色甚黑，頗愛之。置書室養(yǎng)花，方冬極寒，一夕忘去水，意為凍裂，明H視之，凡他物有水者皆凍，獨此瓶不然。異之，試之以湯，終口不冷。張或為客出郊，置瓶于篋，傾水淪（yul）茗，皆如新沸

5、者。自是始知秘，惜后為醉仆觸碎。視其中，與常陶器等，但夾底厚二寸。有鬼熱火以燎，刻畫甚精。無人能識其為何時物也這實際上是最早的保溫瓶，其原因是有夾底，防止了熱傳導(dǎo)。對水的物態(tài)變化的認識露、霜、雨、雪與生活、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)息息相關(guān)，所以我國古代對此早有認識。在周代的《詩經(jīng)》里，就有“白露為霜”的詩句，表明古人已認識到霜是白色的固態(tài)的露。對雨、雪的形成問題在古籍屮也有記載，如戰(zhàn)國時期的《莊子》一書中就有“積水上騰”的提法，表示水受熱蒸發(fā)成水氣而上升，指出了降雨的前提條件。對露、霜、雨、雪和溫度的關(guān)系，王充在《論衡》的《說日篇》中已有記載：“云霧，雨之微也

6、，夏則為露，冬則為霜，溫則為雨，寒則為雪。雨露凍凝者，皆由地發(fā)，不從天降也?！辈⒃凇陡刑撈峰€進一步說明:“夫云岀于丘山，降散則為雨矣。人見其上而墜，則謂之天雨水也。夏日則雨水，冬H天寒則雨凝而為雪，皆由云氣發(fā)于丘山，不從天上降集于地,明矣?！辈⒄J為“寒不累時則霜不降，溫不兼日則冰不釋?！庇纱丝梢?，王充對露、霜、雨、雪的認識，比較正確地反映了自然界中的熱現(xiàn)象和物態(tài)變化，并認為物態(tài)變化與熱量的積蓄有關(guān)。關(guān)于露、霜的成因，東漢蔡邕曾明白地指出：“露，陰液也。釋為露,凝為霜?！边@里的“陰液”就是水液的意思。在《五經(jīng)通義》中也認為，霜是“寒氣凝結(jié)”出

7、來的，是在地面上形成的，并非從天空中降下來的。了解了霜的成因后，人們就想辦法來對付它。農(nóng)業(yè)牛:產(chǎn)中如何防霜在古籍中也早有記載，如北魏時期的賈思勰撰寫的《齊民要術(shù)》屮就有記載：“天雨新晴，北風(fēng)寒沏，其夜必有霜。此時放火作■(ythi),少得煙氣，則免于霜矣。”這是很合乎物態(tài)變化道理的。表明為了防霜，燒些柴草，使之成為沒有火焰的煙堆(“■”)，其作用之一是提高地面附近的氣溫，作用之二是使地面蒙上一層薄薄的煙塵，起到隔熱作用，這樣就可以防止霜凍了。對熱的本性的認識熱是什么？殷商時期形成的“五行說”中，就把火看成是構(gòu)成宇宙萬物的基本元索之一。在古代，人

8、們往往把火和熱等同起來。墨家則認為，火是包含在木里面的，“火”元素離開木，木便燃燒起來（“火離，然?！保?，這種觀點很像18世紀初流行于西方的燃素說觀點