熱力學(xué)發(fā)展史

1、.：.；要求：1、30個PPT左右2、畫面明晰明了3、相關(guān)圖片不少于是10張4、每個畫面文字總數(shù)不超越80個，配備講解稿5、3人組成一小組資料如下：熱力學(xué)第一定律能量守恒定律：英國出色的物理學(xué)家焦耳、德國物理學(xué)家亥姆霍茲等1、我們既不能發(fā)明，也不能消滅能量。宇宙中的能量總和一開場便是固定的，而且永遠(yuǎn)不會改動，但它可以從一種方式轉(zhuǎn)化為另一種方式。一個人、一幢摩天大樓、一輛汽車或一棵青草，都表達了從一種方式轉(zhuǎn)化成為另一種方式的能量。高樓拔地而起，青草的生成，都耗費了在其他地方聚集起來的能量。高樓夷為平地，青草也不復(fù)生長，但它們原來所包含的能量并沒有消逝，而只是被轉(zhuǎn)移到同一環(huán)境的其他所在去了。我們都

2、聽說過這么一句話：太陽底下沒有新穎東西。要證明這一點他只需呼吸一下，他剛剛吸進了曾經(jīng)讓柏拉圖吸進過的5000萬個分子。2、宇宙的能量總和是個常數(shù)，總的熵是不斷添加的。熵是不能再被轉(zhuǎn)化做功的能量的總和的測定單位。這個稱號是由德國物理學(xué)家魯?shù)罓柗蚩藙谛匏褂?868年第一次造出來的。蒸汽機之所以能做功，是由于蒸汽機系統(tǒng)里的一部分很冷，而另一部分卻很熱。換一句話說，要把能量轉(zhuǎn)化為功，一個系統(tǒng)的不同部分之間就必需有能量集中程度的差別(即溫差)。當(dāng)能量從一個較高的集中程度轉(zhuǎn)化到一個較低的集中程度(或由較高溫度變?yōu)檩^低溫度)時，它就做了功。更重要的是每一次能量從一個程度轉(zhuǎn)化到另一個程度，都意味著下一次能再做

3、功的能量就減少了。比如河水越過水壩流入湖泊。當(dāng)河水下落時，它可被用來發(fā)電，驅(qū)動水輪，或做其他方式的功。然而水一旦落到壩底，就處于不能再做功的形狀了。在程度面上沒有任何勢能的水是連最小的輪子也帶不動的。這兩種不同的能量形狀分別被稱為“有效的或“自在的能量，和“無效的或“封鎖的能量。熵的添加就意味著有效能量的減少。每當(dāng)自然界發(fā)生任何事情，一定的能量就被轉(zhuǎn)化成了不能再做功的無效能量。被轉(zhuǎn)化成了無效形狀的能量構(gòu)成了我們所說的污染。許多人以為污染是消費的副產(chǎn)品，但實踐上它只是世界上轉(zhuǎn)化成無效能量的全部有效能量的總和。耗散了的能量就是污染。既然根據(jù)熱力學(xué)第一定律，能量既不能被產(chǎn)生又不能被消滅，而根據(jù)熱力學(xué)

4、第二定律，能量只能沿著一個方向即耗散的方向轉(zhuǎn)化，那么污染就是熵的同義詞。它是某一系統(tǒng)中存在的一定單位的無效能量。在19世紀(jì)早期，不少人沉浸于一種奧秘機械第一類永動機的制造，由于這種想象中的機械只需求一個初始的力量就可使其運轉(zhuǎn)起來，之后不再需求任何動力和燃料，卻能自動不斷地做功。在熱力學(xué)第一定律提出之前，人們不斷圍繞著制造永動機的能夠性問題展開猛烈的討論。直至熱力學(xué)第一定律發(fā)現(xiàn)后，第一類永動機的神話才不攻自破。熱力學(xué)第一定律是能量守恒和轉(zhuǎn)化定律在熱力學(xué)上的詳細(xì)表現(xiàn)，它指明：熱是物質(zhì)運動的一種方式。這闡明外界傳給物質(zhì)系統(tǒng)的能量熱量，等于系統(tǒng)內(nèi)能的添加和系統(tǒng)對外所作功的總和。它否認(rèn)了能量的無中生有，

5、所以不需求動力和燃料就能做功的第一類永動機就成了天方夜譚式的想象。熱力學(xué)第二定律：1、沒有某種動力的耗費或其他變化，不能夠使熱從低溫轉(zhuǎn)移到高溫不能夠把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他變化或熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物體，而不能夠從低溫物體傳向高溫物體而不引起其他變化。德國物理學(xué)家魯?shù)罓柗蚩藙谛匏?8502、不能夠從單一熱源汲取熱量，使之完全變成有用功而不產(chǎn)生其他影響從單一熱源汲取熱量完全轉(zhuǎn)化成有用功而不引起其他影響那么是不能夠的。英國物理學(xué)家開爾文原名湯姆遜1851年3、我國有一句成語“覆水難收，其實是“覆水不收。臉盆里的水潑到地上，是不能夠再收回來的，這也可以看作是熱力學(xué)第二定律

6、的一種表述方式。第二類永動機：一種從海水汲取熱量，利用這些熱量做功的機器。第二類永動機是不能夠?qū)崿F(xiàn)的，不能夠呵斥的。這是由于從海水吸收熱量做功，就是從單一熱源汲取熱量使之完全變成有用功并且不產(chǎn)生其他影響。利用致冷機就可以把熱量從低溫物體傳向高溫物體，但是外界必需做功。熱力學(xué)第三定律：1、各種物質(zhì)的完美晶體在絕對零度時熵為零。2、與任何等溫可逆過程相聯(lián)絡(luò)的熵變，隨著溫度的趨近于零而趨近于零。3、絕對零度不可到達但可以無限趨近。人類最偉大的十個科學(xué)發(fā)現(xiàn)之九：熱力學(xué)四大定律18世紀(jì)，卡諾等科學(xué)家發(fā)如今諸如機車、人體、太陽系和宇宙等系統(tǒng)中，從能量轉(zhuǎn)變成“功的四大定律。沒有這四大定律的知識，很多工程技術(shù)

7、和創(chuàng)培育不會誕生。 熱力學(xué)的四大定律簡述如下：熱力學(xué)第零定律假設(shè)兩個熱力學(xué)系統(tǒng)中的每一個都與第三個熱力學(xué)系統(tǒng)處于熱平衡(溫度一樣)，那么它們彼此也必定處于熱平衡。熱力學(xué)第一定律能量守恒定律在熱學(xué)方式的表現(xiàn)。熱力學(xué)第二定律力學(xué)能可全部轉(zhuǎn)換成熱能， 但是熱能卻不能以有限次的實驗操作全部轉(zhuǎn)換勝利 (熱機不可得)。熱力學(xué)第三定律絕對零度不可到達但可以無限趨近。法國物理學(xué)家卡諾Nicolas Leonard Sadi Carnot,17961823(左圖)生于巴黎。其父L.卡諾是法國有名的數(shù)學(xué)家、將軍和政治活動家，學(xué)術(shù)上很有造詣，對卡諾的影響很大。 卡諾身處蒸汽機迅速開展、廣泛運用的時代，他看到從國外進

8、口的尤其是英國制造的蒸汽機，性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越本人國家消費的，便決心從事熱機效率問題的研討。他獨辟蹊徑，從實際的高度上對熱機的任務(wù)原理進展研討， 以期得到普遍性的規(guī)律；1824年他發(fā)表了名著右圖，書中寫道：“為了以最普遍的方式來思索熱產(chǎn)生運動的原理，就必需撇開任何的機構(gòu)或任何特殊的任務(wù)介質(zhì)來進展思索，就必需不僅建立蒸汽機原理，而且建立一切假想的熱機的原理，不論在這種熱機里用的是什么任務(wù)介質(zhì)，也不論以什么方法來運轉(zhuǎn)它們。卡諾出色地運用了理想模型的研討方法，以他富于發(fā)明性的想象力，精心構(gòu)思了理想化的熱機后稱卡諾可逆熱機卡諾熱機，提出了作為熱力學(xué)重要實際根底的卡諾循環(huán)和卡諾定理，從實際上處理了提高熱機效率

9、的根本途徑。 卡諾在這篇論文中指出了熱機任務(wù)過程中最本質(zhì)的東西：熱機必需任務(wù)于兩個熱源之間，才干將高溫?zé)嵩吹臒崃坎粩嗟剞D(zhuǎn)化為有用的機械功；明確了“熱的動力與用來實現(xiàn)動力的介質(zhì)無關(guān)，動力的量僅由最終影響熱素傳送的物體之間的溫度來確定，指明了循環(huán)任務(wù)熱機的效率有一極限值，而按可逆卡諾循環(huán)任務(wù)的熱機所產(chǎn)生的效率最高。實踐上卡諾的實際曾經(jīng)深含了熱力學(xué)第二定律的根本思想，但由于遭到熱質(zhì)說的束縛，使他當(dāng)時未能完全探求到問題的底蘊。1832年8月24日卡諾因染霍亂癥在巴黎逝世，年僅36歲。按照當(dāng)明的防疫條例，霍亂病者的遺物一概付之一炬?？ㄖZ生前所寫的大量手稿被燒毀，幸得他的弟弟將他的小部分手稿保管了下來，其

10、中有一篇是僅有21頁紙的論文-，其他內(nèi)容是卡諾在1824-1826年間寫下的23篇論文。后來，卡諾的學(xué)術(shù)位置隨著熱功當(dāng)量的發(fā)現(xiàn)，熱力學(xué)第一定律、能量守恒與轉(zhuǎn)化定律及熱力學(xué)第二定律相繼被提示的過程漸漸構(gòu)成了。熱力學(xué)第一定律與能量守恒定律有著極其親密的關(guān)系。德國物理學(xué)家、醫(yī)生邁爾Julius Robert Mayer，18141878左圖1840年2月到1841年2月作為船醫(yī)遠(yuǎn)航到印度尼西亞。他從船員靜脈血的顏色的不同，發(fā)現(xiàn)膂力和體熱來源于食物中所含的化學(xué)能，提出假設(shè)動物體能的輸入同支出是平衡的，一切這些方式的能在量上就必定守恒。他由此遭到啟發(fā)，去探求熱和機械功的關(guān)系。他將本人的發(fā)現(xiàn)寫成一文，但他

11、的觀念短少準(zhǔn)確的實驗論證，論文沒能發(fā)表直到1881年他逝世后才發(fā)表。邁爾很快覺察到了這篇論文的缺陷，并且發(fā)奮進一步學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和物理學(xué)。1842年他發(fā)表了的論文，表述了物理、化學(xué)過程中各種力能的轉(zhuǎn)化和守恒的思想。邁爾是歷史上第一個提出能量守恒定律并計算出熱功當(dāng)量的人。但1842年發(fā)表的這篇科學(xué)杰作當(dāng)時未遭到注重。以后英國出色的物理學(xué)家焦耳James Prescort Joule,18181889右圖、德國物理學(xué)家亥姆霍茲Hermannvon Helmholtz,18211894等人又各自獨立地發(fā)現(xiàn)了能量守恒定律。1843年8月21日焦耳在英國科學(xué)協(xié)會數(shù)理組會議上宣讀了論文，強調(diào)了自然界的能是等量轉(zhuǎn)

12、換、不會消滅的，哪里耗費了機械能或電磁能，總在某些地 方能得到相當(dāng)?shù)臒?。焦耳用了?0年的時間，不懈地研討和測定了熱功當(dāng)量。他先后用不同的方法做了400多次實驗，得出結(jié)論：熱功當(dāng)量是一個普適常量，與做功方式無關(guān)。他本人1878年與1849年的檢驗結(jié)果一樣。后來公認(rèn)值是427千克重米每千卡。這闡明了焦耳不愧為真正的實驗巨匠。他的這一實驗常數(shù)，為能量守恒與轉(zhuǎn)換定律提供了無可置疑的證據(jù)。1847年，亥姆霍茲左圖發(fā)表，第一次系統(tǒng)地論述了能量守恒原理，從實際上把力學(xué)中的能量守恒原理推行到熱、光、電、磁、化學(xué)反響等過程，提示其運動方式之間的一致性，它們不僅可以相互轉(zhuǎn)化，而且在量上還有一種確定的關(guān)系。能量守

13、恒與轉(zhuǎn)化使物理學(xué)到達空前的綜合與一致。將能量守恒定律運用到熱力學(xué)上，就是熱力學(xué)第一定律。熱力學(xué)第二定律是在能量守恒定律建立之后，在討論熱力學(xué)的宏觀過程中而得出的一個重要的結(jié)論。1834年，卡諾去世兩年后，卡諾的才有了第一個仔細(xì)的讀者-克拉派隆Benoit Paul Emile Clapeyron,1799-1864右圖。他比卡諾低幾個年級。他在學(xué)院出版的雜志上發(fā)表了題為的論文，用PV曲線翻譯了卡諾循環(huán)，但未引起學(xué)術(shù)界的留意。英國物理學(xué)家開爾文Lord Kelvin，1824-1907左圖在法國學(xué)習(xí)時，偶爾讀到克拉派隆的文章，才知道有卡諾的熱機實際。然而，他找遍了各圖書館和書店，都無法找到卡諾的

14、1824年論著。實踐上，他根據(jù)克拉派隆引見卡諾實際寫的一文在1848年發(fā)表。1849年，開爾文終于弄到一本他盼望已久的卡諾著作。1851年開爾文從熱功轉(zhuǎn)換的角度提出了熱力學(xué)第二定律的另一種說法，不能夠從單一熱源取熱，使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其他影響；或不能夠用無生命的機器把物質(zhì)的任何部分冷至比周圍最低溫度還低，從而獲得機械功。 德國物理學(xué)家克勞修斯Rudolph Julius Emmanuel Clausius,1822-1888右圖不斷沒弄到卡諾原著，只是經(jīng)過克拉派隆和開爾文的論文熟習(xí)了卡諾實際。1850年克勞修斯從熱量傳送的方向性角度提出了熱力學(xué)第二定律的表述：熱量不能夠自發(fā)地、不花任何

15、代價地從低溫物體傳向高溫物體，他還首先提出了熵的概念。英國物理學(xué)家克拉克.麥克斯韋James Clerk Maxwell，18311879左圖是經(jīng)典電磁實際的奠基人。但他興趣廣泛，才智過人，不但是建立各種模型來類比不同物理景象的能手，更是運用數(shù)學(xué)工具來分析物理問題的巨匠。他在熱力學(xué)領(lǐng)域中也做出了奉獻。1859年他用統(tǒng)計方法導(dǎo)出了處于熱平衡態(tài)中的氣體分子的“麥克斯韋速率分布律。1877年，奧地利物理學(xué)家玻爾茲曼Ludwig Eduard Boltzmann，18441906右圖發(fā)現(xiàn)了宏觀的熵與體系的熱力學(xué)幾率的關(guān)系。他在使科學(xué)界接受熱力學(xué)實際、尤其是熱力學(xué)第二定律方面立下了汗馬功績。 1906年

16、，德國物理化學(xué)家能斯特Walther Hermann Nernst,18641941左圖根據(jù)對低溫景象的研討，得出了熱力學(xué)第三定律，人們稱之為“能斯特?zé)岫ɡ?，有效地處理了計算平衡常?shù)問題和許多義務(wù)業(yè)消費難題，因此獲得了1920年諾貝爾化學(xué)獎。主要著作有：等。德國物理學(xué)家普朗克(Max Karl Ernst Ludwig Planck, 18581947)右圖是量子物理學(xué)的開創(chuàng)者和奠基人，他早期的研討領(lǐng)域主要是熱力學(xué)，他的博士論文就是。他在能斯特研討的根底上，利用統(tǒng)計實際指出：各種物質(zhì)的完美晶體在絕對零度時熵為零。1911年普朗克也提出了對熱力學(xué)第三定律的表述，即“與任何等溫可逆過程相聯(lián)絡(luò)的熵變

17、，隨著溫度的趨近于零而趨近于零。 通常是將熱力學(xué)第一定律及第二定律作為熱力學(xué)的根本定律，但有時添加能斯特定理當(dāng)作第三定律，又有時將溫度存在定律當(dāng)作第零定律。 熱力學(xué)第零定律用來作為進展體系丈量的根本根據(jù)，其重要性在于它闡明了溫度的定義和溫度的丈量方法。表述如下： 1.可以經(jīng)過使兩個體系相接觸，并察看這兩個體系的性質(zhì)能否發(fā)生變化而判別這兩個體系能否曾經(jīng)到達平衡。2.當(dāng)外界條件不發(fā)生變化時，曾經(jīng)達成熱平衡形狀的體系，其內(nèi)部的溫度是均勻分布的，并具有確定不變的溫度值。3.一切互為平衡的體系具有一樣的溫度，所以，一個體系的溫度可以經(jīng)過另一個與之平衡的體系的溫度來表達；或者也可以經(jīng)過第三個體系的溫度來表

18、達。 熱力學(xué)開展史一、簡介：人類很早就對熱有所認(rèn)識，并加以運用。但是將熱力學(xué)當(dāng)成一門科學(xué)且有定量的研討，那么是由17世紀(jì)末開場的，也就是在溫度計制造的技術(shù)成熟以后，才真正開啟了對熱力學(xué)的研討。 熱力學(xué)開展史，根本上就是熱力學(xué)與統(tǒng)計力學(xué)的開展史，約可分成四個階段： 第一個階段：17世紀(jì)末到19世紀(jì)中葉 此時期累積了大量的實驗與察看的結(jié)果，并制造出蒸氣機，對于熱(Heat)的本質(zhì)展開研討與爭論，為熱力學(xué)的實際建立作好了暖身。在19世紀(jì)前半葉，首先出現(xiàn)了卡諾實際，熱機實際(第二定律的前身)和功熱互換的原理(第一定律的根底)。這一階段的熱力學(xué)還留在描畫熱力學(xué)的景象上，并未引進任何的數(shù)學(xué)算式。 第二個階

19、段：19世紀(jì)中到19世紀(jì)70年代末 此階段熱力學(xué)的第一定律和第二定律已完全實際化。由于功熱互換原理建立了熱力學(xué)第一定律，由第一定律和卡諾實際的結(jié)合，導(dǎo)致熱力學(xué)第二定律的成熟。另一方面，以牛頓力學(xué)為根底的氣體動力論也開場開展，但這期人們并不了解熱力學(xué)與氣體動力論之間的關(guān)連。第三個階段：19世紀(jì)70年末到20世紀(jì)初這個時間內(nèi)，首先由波茲曼將熱力學(xué)與分子動力學(xué)的實際結(jié)合，而導(dǎo)致統(tǒng)計熱力學(xué)的誕生，同時他也提出非平衡態(tài)的實際根底，至20世紀(jì)初吉布斯(Gibbs)提出系綜實際建立統(tǒng)計力學(xué)的根底。 第四個階段：20世紀(jì)30年代到今主要是量子力學(xué)的引進而建立了量力統(tǒng)計力學(xué)，同時非平衡態(tài)實際更進一步的開展，構(gòu)成

20、了近代實際與實驗物理學(xué)中最重要的一環(huán)。 二、溫度計的開展：1593年：意大利伽利略建造了第一支溫度計，如上圖： 此空氣為測溫物質(zhì)由玻璃泡內(nèi)空氣的熱脹冷縮來指示冷暖。1632年：法國Jean Rey，將伽利略的溫度計倒轉(zhuǎn)過來，并注入水，以水為測溫物質(zhì)。利用水的熱脹冷縮來表示溫度高低，但管子是開口的，因此水會不斷蒸發(fā)。1657年：位于意大利，佛羅倫薩的西門圖科學(xué)院的院士，改用酒精為測溫物質(zhì)，并將玻璃管的開口封鎖，除了防止酒精蒸發(fā)同時不受大氣壓力影響的溫度計，同時選擇了最高和最低的溫度固定點。 1659年：巴黎天文學(xué)家Boulliau將西門圖院士傳到法國的溫度計充以水銀，而制造出第一支水銀溫度計。1

21、660年到1700年期間：博伊爾(Boyle)和其助理虎克(Hooke)，甚至牛頓均體認(rèn)到制定溫標(biāo)的重要性，雖然他們現(xiàn)代溫度計沒有采用制定的溫標(biāo)但他們對溫度計的開展是非常重要的。 1702年：阿蒙頓(Amontons)仿伽利略的方法制出一個裝有水銀的U型且與大氣壓力無關(guān)的氣體溫度計，與現(xiàn)今規(guī)范氣體溫度計相近。 1714年：Fahrenheit，荷蘭氣候?qū)W家，制造出第一批刻度可靠的溫度計(有水銀的，也有酒精的)。他選定三個溫度固定點，(1)零度為冰水和氯化銨的混合物，(2)32度為冰水混合的溫度。(3)96度為人體的溫度，這就是華氏溫標(biāo)，。1724年他丈量水的沸點為212度，同時他還證明了沸點會

22、隨大氣壓力變化?，F(xiàn)代人以冰在規(guī)范氣壓下的沸點標(biāo)以180刻度是為華氏溫標(biāo)。 1742年：瑞典天文學(xué)家Celsius，引進百分刻度法。他把水的沸點定為0度，水的冰點定為100度，此即所謂攝氏溫標(biāo)。其同事Stromer將此兩溫度值倒過來即近代所用的攝氏溫標(biāo)。到此為止，溫度計算是定型了。 問：近代的溫度計有那些種類呢? 三、熱量概念的演進：人們長久以來對溫度和熱量的概念混淆不清。多數(shù)人以為物體冷熱的程度代表著物體所含熱的多寡。首先德國Stahl教授提出熱是一種燃素，后來荷蘭Boerhaave教授甚至說熱是一種物質(zhì)。雖然熱是一種物質(zhì)的說法不正確，但Boerhaave教授將40冷水與同質(zhì)量80熱水相混而得

23、60的水，卻隱射地得到熱量守恒的一個簡單定那么。不過對于不同質(zhì)量，甚至不同物質(zhì)的冷熱物體混合，他就難以解釋了。另一類的人如Hooke，就以為熱是物質(zhì)各部猛烈的運動，牛頓也以為熱是粒子的運動。 1740年左右，俄彼得堡科學(xué)院院士克拉夫特提出冷水、熱水混合的公式，以為混合后溫度(當(dāng)時稱之為熱)為其中c1,c2為數(shù)據(jù)fitting 的系數(shù)，以當(dāng)今的目光來看，可以視為比熱。 1750年由德移民到彼得堡的Richmann院士也做了一系列熱量測的研討，他將不同溫度的水混合，研討熱量的損失，并改良克拉夫特的公式： 此公式雖不正確，但他卻指混合前后，熱量要相等的概念。插曲，Richmann為反復(fù)Frankli

24、n的實驗時不幸被雷打死 1755年，Lambert院士才將熱量與溫度的概念加以區(qū)別和廓清。真正對熱量丈量任務(wù)有宏大奉獻的是英化學(xué)教授J. Black。他不僅勝利的廓清了溫度和熱量這兩個概念，同時提出相變時潛熱的概念，并暗示出不同物質(zhì)具有不同的熱容量。而他的學(xué)生W. Irvine正確提出熱容量的概念。1777年化學(xué)家拉瓦錫(Lavoisier)和拉普拉斯(Laplace)設(shè)計了一個所謂拉普拉斯冰量熱器，可以正確測出熱容量和潛熱。 1784年麥哲倫(Magellan)引進比熱的術(shù)語，同一時期威爾克(Wilcke)提出假設(shè)把水的比熱是為1，那么可以定出其他物質(zhì)的比熱。 但是在這一段期間人們依然以為拉

25、瓦錫提出熱是一種物質(zhì)是正確的。 1789年出生于美國后到英國又到德國而受封的Count Rumford 原名Benjanin Thompson在慕尼黑兵工廠監(jiān)視大炮鉆孔，發(fā)現(xiàn)熱是因摩擦而產(chǎn)生，因斷言，熱不是物質(zhì)而是運動。 1799年英國化學(xué)家后來的首任皇家研討院院長戴維(Davy)在維持冰點的真空中容器中進展摩擦的實驗，發(fā)現(xiàn)即使是兩塊冰相互摩擦也有些冰熔化成水，所以Davy以為摩擦引起物體微粒的振動，而這種振動就是熱。 雖然有Count Rumford 和Davy教授竭力否認(rèn)熱是一種物質(zhì)說法，但是仍無法改動人們以為熱是一種物質(zhì)的概念，直到19世紀(jì)中葉以后，Carnot身后50年其實際再被人們注

26、重加上德國Mayer醫(yī)師和英國物理學(xué)家進耳(J.D. Joule)的努力才改動了人們的觀念，促使了第一定律和第二定律成熟的產(chǎn)生。 四、能量守恒與功能互換：首先談Carnot這個人。Carnot(1796-1832)祇活了36歲，活于拿破侖末期時代。1832他先患猩紅熱，又得了腦膜炎最后死于霍亂，所以幾乎一切研討數(shù)據(jù)都被燒毀了。其弟于其死后46年(1878年)將其部份手稿交給法科學(xué)院。其中他還計算熱動當(dāng)量的數(shù)值，約365 kgwm/kcal，(現(xiàn)今用的數(shù)值是4.187 Joule/cal)，他明白指出熱不是一種物質(zhì)而是一種能量的構(gòu)成，雖然他是最早有熱力學(xué)中能量守恒概念的人，但由于晚了近50年，其

27、間有J.R. Mayer和焦耳提出功能互換的原理，故普通都不把Carnot視為能量守恒定律的開創(chuàng)人。且1878年時第一定律和第二定律皆已完成了。 J.R. Mayer是一德國的醫(yī)生，但對行醫(yī)興趣不大，他沒有實驗設(shè)備，更沒有從當(dāng)代任何物理學(xué)家獲得協(xié)助 ，是一個獨立研討的任務(wù)者。1840年左右，Mayer的第一篇論文寄給德國物理年鑒，文中提出能量守恒和轉(zhuǎn)換的概念，以為運動，熱、電等都可以歸結(jié)為一種力的景象，它們有一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換，但此論文被退回并未發(fā)表。1842年Mayer不死心又投稿到化學(xué)和藥學(xué)年鑒上，除了重述能量守恒的概念，并提出熱可以作功，功也可以產(chǎn)生熱的能量等價的觀念，并根據(jù)比熱實驗數(shù)據(jù)推出熱功當(dāng)量 1kcal=365kgwm ，此文也未受注重，于是1845年公費印發(fā)了第三篇論文，且明確指出是如何計算熱功當(dāng)量的，是氣體在等壓膨脹過程中所作的功等于定壓下所吸數(shù)熱量與定容下所吸數(shù)的熱量之差。后來稱Cp-Cv=R 為Mayer公式。由于Mayer所用推理方法無法為當(dāng)代人所習(xí)慣，同時又與焦耳發(fā)生誰是第一個發(fā)現(xiàn)能量守恒的人的爭議，加上兩個小孩先后夭折，一連串打擊導(dǎo)致精神失常，在精神病院受盡折磨。英國J.P.焦耳(Dalton的學(xué)生)，花了將近40年的時間來證明由功轉(zhuǎn)換成熱時，功和所產(chǎn)生熱之比是一個恒定的值，即熱功當(dāng)量。從1843年發(fā)表了一系列論文