《二节热力学发展》ppt课件

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1、第二节热力学的发展一、第一定律诞生的背景社会现状：随着蒸汽机的发明和推广使用，迫切需要研究热和功的关系，以提高热机效率，适应生产力发展的需要。能量转化与守恒思想的萌发：俄国的赫斯，1836年：“不论用什么方式完成化合，由此发出的热总是恒定的。”1830年，法国萨迪·卡诺：“准确地说，它既不会创生也不会消灭，实际上，它只改变了它的形式。”1.德国的迈尔(1814-1878)，他是从哲学思维方面得到能量守恒概念的。1840年，迈尔是一位随船医生，在一次驶往印度尼西亚的航行中，给生病的船员做手术时，发现血的颜色比温带地区的新鲜红亮，这引起了迈尔的沉

2、思。他根据拉瓦锡的理论，他认为，动物的热是在燃烧过程中产生的，食物中含有的化学能，可转化为热能，在热带情况下，机体中燃烧过程减慢，因而留下了较多的氧。迈尔还认为，人是一个热机关，体力和体温都来自于食物中所含的化学能。迈尔的结论是：“因此力（能量）是不灭的，而是可转化的，不可称量的客体”。二、确立能量转化与守恒定律的三位科学家迈尔在1841年、1842年撰文发表了他的观点，在1845年的论文中，更明确写道：“无不能生有，有不能变无。”“在死的或活的自然界中，这个力（能）永远处于循环和转化之中。”他不仅是历史上第一个提出能量守恒定律并计算出热功当

3、量的人，而且也是第一个将热学观点用于有机世界研究人。但他的理论在当时的科学界得不到重视，他的论文杂志拒绝发表。直到1860年，他才开始出席科学会议，1871年获得了英国皇家学会的科普勒奖章。恩格斯对迈尔的工作给予很高的评价。2.亥姆霍兹德国科学家，他认为，大自然是统一的，自然力(即能量)是守恒的。1847年，26岁发表著名论文《力的守恒》，把能量概念从机械运动推广到普遍的能量守恒。3.焦耳的实验研究焦耳是英国著名的实验物理学家，家境富裕。16岁在名家道尔顿处学习，使他对科学浓厚兴趣。当时电机刚出现，焦耳在1841年发表文章指出:“热量与导体电

4、阻和电流平方成正比。”这就是著名的焦耳—楞次定律。探求热和得到的或失去的机械功之间是否存在一个恒定的比值，又成了焦耳感兴趣的问题。1845年，焦耳为测定机械功和热之间的转换关系，设计了“热功当量实验仪”，并反复改进，反复实验。1849年发表《论热功当量》。1878年发表《热功当量的新测定》，最后得到的数值为423.85公斤·米/千卡。焦耳测热功当量用了四十多年，实验了400多次，付出大量的辛勤劳动。能量守恒和转化定律是自然界基本规律，恩格斯曾将它和进化论、细胞学说并列为三大自然发现。三.热力学第一定律建立的成因１）理论——迈尔迈尔是明确提出“

5、无不能生有”，“有不能变无”的能量守恒与转化思想的第一人。而这理论正是建立热力学第一定律的基础。２）实验——焦耳由于焦耳精心严谨地进行了热功当量测定等一系列实验，奠定了热力学第一定律的实验基础，得到了人们的认同。３）一批科学家的不懈努力亥姆霍兹将能量守恒定律第一次以数学形式提出来，而卡诺、赛贝等人也都有过这方面的见解。４）说明了客观条件成熟，相应的自然规律一定会发现。永动机达.芬奇1500斯梯芬1600法国科学院1775我们用一张联络图来表示能量转化与守恒定律的建立过程机械运动塞贝克温差电1821哲学热学电磁学化学、生物学开尔文1851克劳修

6、斯1850焦耳1843-78热功当量赫斯1836拉瓦锡1794黑格尔相互联系和转化康德哲学笛卡儿运动不灭思想法拉第1831彭斯勒（功）1829杨（能）1801牛顿1681伽利略单摆1600亥姆霍兹（力的守恒）1847迈尔（生物热）1942-45卡诺（蒸汽机效率）1824伦福德1798电流的热效应1840哈密顿（正则方程）1834克劳修斯1850第一定律四、热力学第二定律第二定律的发现与提高热机的效率密切有关。（1）1765-1782年瓦特两次改进蒸汽机的设计，但是效率仍很低。（2）卡诺父子的研究；1824年萨迪.卡诺发表了《关于火的动力及适于

7、发展这一动力的机器的思考》，提出了热机理论中有重要地位的卡诺定理。卡诺定理：热机必须工作在两个热源之间，热机的效率仅仅决定于两个热源的温度差，而与工作物质无关，在两个固定热源之间工作的所有热机，以可逆机的效率最高。卡诺信奉的是热质说，他的结论中有不正确的成分。卡诺患了猩红热，脑膜炎，不幸又雪上加霜，患了流行性霍乱，于1832年去世。卡诺的这一思想，在1878年才公开发表，但热力学第一定律已建立了。（3）1834年，克拉珀龙（1799-1864）把卡诺的思想几何化为由两个等温过程和两个绝热过程组成的卡诺循环，用几何的方法来计算功，提出了由功和吸

8、热之比来测量效率。（4）绝对温标的提出1848年，W.汤姆孙（开尔文）提出绝对温标，是卡诺热动力理论的直接结果。T=t+273.3这就是绝对温标和摄氏温标的关系。1