精選熱力學(xué)發(fā)展史講義

（優(yōu)選）熱力學(xué)發(fā)展史現(xiàn)在是1頁\一共有25頁\編輯于星期二

熱力學(xué)主要是從能量轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)來研究物質(zhì)的熱性質(zhì)，它揭示了能量從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式時(shí)遵從的宏觀規(guī)律，不涉及物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和微觀粒子的相互作用。因此它是一種唯象的宏觀理論，具有高度的可靠性和普遍性?，F(xiàn)在是2頁\一共有25頁\編輯于星期二

熱力學(xué)早期發(fā)展的概況

人們對(duì)熱的本質(zhì)及熱現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)，經(jīng)歷了一個(gè)漫長的、曲折的探索過程。在原始社會(huì)人們鉆木取火。相當(dāng)早的年代，人們加熱巖石再潑冷水讓它爆裂，從而制造出石頭工具。

現(xiàn)在是3頁\一共有25頁\編輯于星期二熱力學(xué)的歷史可以追溯到17世紀(jì)。在1592—1600年間，伽利略制作了人類第一個(gè)空氣溫度計(jì)，開始了對(duì)物體的冷熱程度（溫度）進(jìn)行定量測定的研究，這可作為“測溫學(xué)”的開端?，F(xiàn)在是4頁\一共有25頁\編輯于星期二伽利略現(xiàn)在是5頁\一共有25頁\編輯于星期二

1620年培根首先注意到，兩個(gè)物體之間的摩擦所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，與物體的冷熱程度（溫度）是有區(qū)別的。他認(rèn)為“熱是運(yùn)動(dòng)”。這可看作是，人們對(duì)“熱量”的本質(zhì)進(jìn)行科學(xué)研究的開端?，F(xiàn)在是6頁\一共有25頁\編輯于星期二弗朗西斯·培根現(xiàn)在是7頁\一共有25頁\編輯于星期二在整個(gè)17世紀(jì)中，并沒有制作出復(fù)現(xiàn)性好的、可供正確測量的溫度計(jì)及溫標(biāo)。在18世紀(jì)中，“測溫學(xué)”有較大的突破。其中最有價(jià)值的是，1714年法倫海脫所建立的華氏溫標(biāo)，以及1742年攝爾修斯所建立的攝氏溫標(biāo)（即百分溫標(biāo)）?，F(xiàn)在是8頁\一共有25頁\編輯于星期二

1760—1830年間的工業(yè)革命，有力地推動(dòng)了生產(chǎn)力的發(fā)展及社會(huì)的進(jìn)步，科技方面的成就也是空前輝煌的。力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)及數(shù)學(xué)都有豐碩的成果。特別是蒸汽機(jī)的發(fā)明和應(yīng)用，直接促進(jìn)了熱機(jī)理論的研究?，F(xiàn)在是9頁\一共有25頁\編輯于星期二

隨著蒸汽機(jī)的廣泛應(yīng)用，促使人們對(duì)水蒸氣熱力性質(zhì)進(jìn)行研究及對(duì)改善蒸汽機(jī)性能進(jìn)行研究，從而推動(dòng)了熱科學(xué)的發(fā)展現(xiàn)在是10頁\一共有25頁\編輯于星期二

1848年，開爾文根據(jù)卡諾原理，建立了與工質(zhì)性質(zhì)無關(guān)的熱力學(xué)溫標(biāo)，并提出采用一個(gè)定義點(diǎn)的建議。開爾文溫標(biāo)的建立，使“測溫學(xué)”與熱力學(xué)基本定律之間建立了聯(lián)系，是“測溫學(xué)”的一個(gè)重要進(jìn)展?，F(xiàn)在是11頁\一共有25頁\編輯于星期二熱力學(xué)發(fā)展史，基本上就是熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)力學(xué)的發(fā)展史，約可分成四個(gè)階段：一：17世紀(jì)末到19世紀(jì)中葉二：19世紀(jì)中到19世紀(jì)70年代末三：19世紀(jì)70年末到20世紀(jì)初四：20世紀(jì)30年代到今現(xiàn)在是12頁\一共有25頁\編輯于星期二

此時(shí)期累積了大量的實(shí)驗(yàn)與觀的結(jié)果，并制造出蒸氣機(jī)。這一階段的熱力學(xué)還留在描述熱力學(xué)的現(xiàn)象上，并未引進(jìn)任何的數(shù)學(xué)算式。

第一個(gè)階段：17世紀(jì)末到19世紀(jì)中葉

現(xiàn)在是13頁\一共有25頁\編輯于星期二德國的斯塔爾提出熱是一種燃素，后來荷蘭的波哈維說熱是一種物質(zhì)虎克認(rèn)為熱是物質(zhì)各部分激烈的運(yùn)動(dòng)，牛頓也認(rèn)為熱是粒子的運(yùn)動(dòng)俄國的克拉夫特提出冷水、熱水混合的公式。1750年理奇蒙也做了一系列熱量測的研究，并改進(jìn)克拉夫特的公式。1755年，蘭勃特將熱量與溫度的概念加以區(qū)別和澄清。英國的布雷克成功地澄清了溫度和熱量這兩個(gè)概念，并提出相變時(shí)潛熱的概念，并暗示出不同物質(zhì)具有不同的“熱容量”。現(xiàn)在是14頁\一共有25頁\編輯于星期二第二個(gè)階段：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理論化。

現(xiàn)在是15頁\一共有25頁\編輯于星期二卡諾認(rèn)為最理想的機(jī)械應(yīng)該具備：由帶著活塞的汽缸里面的氣體所產(chǎn)生的等溫膨脹、絕熱膨脹、等溫壓縮、絕熱壓縮等四種循環(huán)過程。1842年他提出熱可以作功，功也可以產(chǎn)生熱的能量等價(jià)觀念1848年，焦耳通過過實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)物體所含的力學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能時(shí)，能的形式可以互相轉(zhuǎn)變，但是總能量永遠(yuǎn)不變。在這個(gè)基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展出“能量守恒定律”現(xiàn)在是16頁\一共有25頁\編輯于星期二1850年克勞修斯在揭示第一定律的論文中，他也以能量守恒和轉(zhuǎn)換的觀點(diǎn)重新驗(yàn)證了卡諾定理，提出了第二定律。到了1865年第二定律概念更加成熟，熵的概念被克勞修斯提出，而寫出另一種形式的第二定律，即“在所有可逆循環(huán)過程中，熱能變化對(duì)溫度的熵的積分值為零”?，F(xiàn)在是17頁\一共有25頁\編輯于星期二第三個(gè)階段：19世紀(jì)70年末到20世紀(jì)初

這個(gè)時(shí)間內(nèi)，熱力學(xué)誕生。吉布斯提出系統(tǒng)理論建立統(tǒng)計(jì)力學(xué)的基礎(chǔ)。

現(xiàn)在是18頁\一共有25頁\編輯于星期二這一時(shí)期的湯姆遜為熱力學(xué)也做出了重大貢獻(xiàn)。他研究卡諾循環(huán)也提出第二定律，同時(shí)更由此訂定絕對(duì)溫標(biāo)，又稱凱氏溫標(biāo)K。他利用卡諾循環(huán)建立絕對(duì)溫標(biāo)，他重新設(shè)定水的冰點(diǎn)為273.7度；沸點(diǎn)為373.7度。他在1851年發(fā)表題為《熱動(dòng)力理論》的論文，寫出熱力學(xué)第二定律的凱爾文表述：我們不可能從單一熱源取熱，使它完全變?yōu)橛杏玫墓Χ划a(chǎn)生其它影響。

現(xiàn)在是19頁\一共有25頁\編輯于星期二第四個(gè)階段：20世紀(jì)30年代到今主要是量子力學(xué)的引進(jìn)而建立了量力統(tǒng)計(jì)力學(xué)，同時(shí)非平衡態(tài)理論更進(jìn)一步的發(fā)展，形成了近代理論與實(shí)驗(yàn)物理學(xué)中最重要的一環(huán)。

現(xiàn)在是20頁\一共有25頁\編輯于星期二熱力學(xué)基本定律熱力學(xué)第零定律熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第三定律現(xiàn)在是21頁\一共有25頁\編輯于星期二熱力學(xué)第零定律兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)均與第三個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)，此兩個(gè)系統(tǒng)也必互相處于熱平衡。即：A=C,B=C,則A=B現(xiàn)在是22頁\一共有25頁\編輯于星期二在19世紀(jì)早期，不少人沉迷于一種神秘機(jī)械——第一類永動(dòng)機(jī)的制造，因?yàn)檫@種設(shè)想中的機(jī)械只需要一個(gè)初始的力量使其運(yùn)轉(zhuǎn)，之后不再需要任何動(dòng)力和燃料，卻能自動(dòng)不斷地做功。直至熱力學(xué)第一定律發(fā)現(xiàn)后，第一類永動(dòng)機(jī)的神話才不攻自破。

現(xiàn)在是23頁\一共有25頁\編輯于星期二

在一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)內(nèi)，能量可轉(zhuǎn)換，即可從一種形式轉(zhuǎn)變成另一種形式，但不能自行產(chǎn)生，也不能毀