經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件

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1、第三節(jié)：經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展第三節(jié)：經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展1力學(xué)的建立力學(xué)的建立2光學(xué)的進(jìn)展光學(xué)的進(jìn)展3熱學(xué)的成就熱學(xué)的成就4電磁學(xué)的建立電磁學(xué)的建立第三節(jié)：經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展力學(xué)的建立經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件00經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)

2、典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件經(jīng)典物理學(xué)的全面發(fā)展課件光的類型光的類型光的類型光的類型概述光的類型自然光人造光光的定義解釋光的定義解釋光的定義解釋光的定義解釋光是一種既具有波動特性，又具有粒子特性的特殊物質(zhì)。光是一種既具有波動特性，又具有粒子特性的特殊物質(zhì)。光是一種既具有波動特性，又具有粒子特性的特殊物質(zhì)。光是一種既具有波動特性，又具有粒子特性的特殊物質(zhì)。光的定義解釋光是一種既具有波動特性，又具有粒子特性的特殊物質(zhì) 光的波動性光的波動性光的波動性光的波動性干涉

3、衍射偏振概述 光的波動性 光的粒子性光的粒子性光的粒子性光的粒子性 光的粒子性概述能量質(zhì)量動量光的反射光的反射光的反射光的反射光的折射光的折射光的折射光的折射概述光的反射光的折射萌芽期萌芽期萌芽期萌芽期光學(xué)的起源在中國可追溯到遠(yuǎn)古時代的春秋戰(zhàn)國之際，墨翟及其弟光學(xué)的起源在中國可追溯到遠(yuǎn)古時代的春秋戰(zhàn)國之際，墨翟及其弟光學(xué)的起源在中國可追溯到遠(yuǎn)古時代的春秋戰(zhàn)國之際，墨翟及其弟光學(xué)的起源在中國可追溯到遠(yuǎn)古時代的春秋戰(zhàn)國之際，墨翟及其弟子所著墨經(jīng)中，記載著關(guān)于光的直線傳播和光在鏡面上的反射子所著墨經(jīng)中，記載著關(guān)于光的直線傳播和光在鏡面上的反射子所著墨經(jīng)中，記載著關(guān)于光的直線傳播和光在鏡面上的反射子所

4、著墨經(jīng)中，記載著關(guān)于光的直線傳播和光在鏡面上的反射等現(xiàn)象，并提出了一系列經(jīng)驗規(guī)律。等現(xiàn)象，并提出了一系列經(jīng)驗規(guī)律。等現(xiàn)象，并提出了一系列經(jīng)驗規(guī)律。等現(xiàn)象，并提出了一系列經(jīng)驗規(guī)律。墨翟（公元前墨翟（公元前墨翟（公元前墨翟（公元前468-376468-376年）年）年）年）小孔成像小孔成像小孔成像小孔成像銅鏡銅鏡銅鏡銅鏡萌芽期光學(xué)的起源在中國可追溯到遠(yuǎn)古時代的春秋戰(zhàn)國之際，墨翟及光學(xué)的起源在西方可追溯到希臘的歐幾里德，他在其著作光學(xué)光學(xué)的起源在西方可追溯到希臘的歐幾里德，他在其著作光學(xué)光學(xué)的起源在西方可追溯到希臘的歐幾里德，他在其著作光學(xué)光學(xué)的起源在西方可追溯到希臘的歐幾里德，他在其著作光學(xué)一書中

5、提出光線的直線傳播理論，并研究了平面鏡成像問題，指出一書中提出光線的直線傳播理論，并研究了平面鏡成像問題，指出一書中提出光線的直線傳播理論，并研究了平面鏡成像問題，指出一書中提出光線的直線傳播理論，并研究了平面鏡成像問題，指出反射角等于入射角的反射定律反射角等于入射角的反射定律反射角等于入射角的反射定律反射角等于入射角的反射定律。（公元前（公元前（公元前（公元前330-275330-275年）年）年）年）光的直線傳播光的直線傳播光的直線傳播光的直線傳播鏡像反射鏡像反射鏡像反射鏡像反射光學(xué)的起源在西方可追溯到希臘的歐幾里德，他在其著作光學(xué)一中國：中國：中國：中國：古代的實用科學(xué)缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒炞C明

6、、理論說明和科古代的實用科學(xué)缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒炞C明、理論說明和科古代的實用科學(xué)缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒炞C明、理論說明和科古代的實用科學(xué)缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒炞C明、理論說明和科學(xué)表達(dá)，大多為學(xué)表達(dá)，大多為學(xué)表達(dá)，大多為學(xué)表達(dá)，大多為經(jīng)驗性的描述經(jīng)驗性的描述經(jīng)驗性的描述經(jīng)驗性的描述，導(dǎo)致中國在未來光學(xué)領(lǐng)域的，導(dǎo)致中國在未來光學(xué)領(lǐng)域的，導(dǎo)致中國在未來光學(xué)領(lǐng)域的，導(dǎo)致中國在未來光學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展極為緩慢。發(fā)展極為緩慢。發(fā)展極為緩慢。發(fā)展極為緩慢。西方：西方：西方：西方：在生產(chǎn)和社會需要的推動下，在光的反射和透鏡的應(yīng)在生產(chǎn)和社會需要的推動下，在光的反射和透鏡的應(yīng)在生產(chǎn)和社會需要的推動下，在光的反射和透鏡的應(yīng)在生產(chǎn)和社會需要的推動

7、下，在光的反射和透鏡的應(yīng)用方面，逐漸有了些成果。用方面，逐漸有了些成果。用方面，逐漸有了些成果。用方面，逐漸有了些成果。1515世紀(jì)末和世紀(jì)末和世紀(jì)末和世紀(jì)末和1616世紀(jì)初，凹面鏡、世紀(jì)初，凹面鏡、世紀(jì)初，凹面鏡、世紀(jì)初，凹面鏡、凸面鏡、眼鏡、透鏡以及暗箱和幻燈等光學(xué)元件已相繼出現(xiàn)。凸面鏡、眼鏡、透鏡以及暗箱和幻燈等光學(xué)元件已相繼出現(xiàn)。凸面鏡、眼鏡、透鏡以及暗箱和幻燈等光學(xué)元件已相繼出現(xiàn)。凸面鏡、眼鏡、透鏡以及暗箱和幻燈等光學(xué)元件已相繼出現(xiàn)。凹、凸面鏡凹、凸面鏡凹、凸面鏡凹、凸面鏡凹、凸透鏡凹、凸透鏡凹、凸透鏡凹、凸透鏡暗箱暗箱暗箱暗箱中國：古代的實用科學(xué)缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒炞C明、理論說明和科凹、

8、凸面幾何光學(xué)時期是光學(xué)發(fā)展的轉(zhuǎn)折點，系統(tǒng)研究了光幾何光學(xué)時期是光學(xué)發(fā)展的轉(zhuǎn)折點，系統(tǒng)研究了光幾何光學(xué)時期是光學(xué)發(fā)展的轉(zhuǎn)折點，系統(tǒng)研究了光幾何光學(xué)時期是光學(xué)發(fā)展的轉(zhuǎn)折點，系統(tǒng)研究了光現(xiàn)象和光學(xué)儀器，建立了直線傳播定律、反射定現(xiàn)象和光學(xué)儀器，建立了直線傳播定律、反射定現(xiàn)象和光學(xué)儀器，建立了直線傳播定律、反射定現(xiàn)象和光學(xué)儀器，建立了直線傳播定律、反射定律、折射定律；提出了費馬原理、光程、光強(qiáng)、顏律、折射定律；提出了費馬原理、光程、光強(qiáng)、顏律、折射定律；提出了費馬原理、光程、光強(qiáng)、顏律、折射定律；提出了費馬原理、光程、光強(qiáng)、顏色等概念，并觀察了棱鏡光譜等較復(fù)雜的光現(xiàn)象。色等概念，并觀察了棱鏡光譜等較復(fù)

9、雜的光現(xiàn)象。色等概念，并觀察了棱鏡光譜等較復(fù)雜的光現(xiàn)象。色等概念，并觀察了棱鏡光譜等較復(fù)雜的光現(xiàn)象。幾何光學(xué)時期幾何光學(xué)時期幾何光學(xué)時期幾何光學(xué)時期幾何光學(xué)時期是光學(xué)發(fā)展的轉(zhuǎn)折點，系統(tǒng)研究了光幾何光學(xué)時期光學(xué)李普賽（公元李普賽（公元李普賽（公元李普賽（公元1587-16191587-1619年）年）年）年）伽利略（公元伽利略（公元伽利略（公元伽利略（公元1 1564-1642564-1642年）年）年）年）望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡荷蘭李普塞在荷蘭李普塞在荷蘭李普塞在荷蘭李普塞在16081608年發(fā)明了第一架望遠(yuǎn)鏡。年發(fā)明了第一架望遠(yuǎn)鏡。年發(fā)明了第一架望遠(yuǎn)鏡。年發(fā)明了第一架望遠(yuǎn)鏡。1610161

10、0年伽利略用自年伽利略用自年伽利略用自年伽利略用自己制造的望遠(yuǎn)鏡觀察星體，發(fā)現(xiàn)了繞木星運行的衛(wèi)星，這給哥己制造的望遠(yuǎn)鏡觀察星體，發(fā)現(xiàn)了繞木星運行的衛(wèi)星，這給哥己制造的望遠(yuǎn)鏡觀察星體，發(fā)現(xiàn)了繞木星運行的衛(wèi)星，這給哥己制造的望遠(yuǎn)鏡觀察星體，發(fā)現(xiàn)了繞木星運行的衛(wèi)星，這給哥白尼關(guān)于地球繞日運轉(zhuǎn)的日心說提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。白尼關(guān)于地球繞日運轉(zhuǎn)的日心說提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。白尼關(guān)于地球繞日運轉(zhuǎn)的日心說提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。白尼關(guān)于地球繞日運轉(zhuǎn)的日心說提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。李普賽（公元1587-1619年）伽利略（公元1564-16馮特納（公元馮特納（公元馮特納（公元馮特納（公元1580-16561580-165

11、6）十七世紀(jì)初延森和馮特納最早制造了復(fù)合顯微鏡。十七世紀(jì)初延森和馮特納最早制造了復(fù)合顯微鏡。十七世紀(jì)初延森和馮特納最早制造了復(fù)合顯微鏡。十七世紀(jì)初延森和馮特納最早制造了復(fù)合顯微鏡。馮特納（公元1580-1656）十七世紀(jì)初延森和馮特納最早制費馬（公元費馬（公元費馬（公元費馬（公元1601-16651601-1665年）年）年）年）折射和反射定律折射和反射定律折射和反射定律折射和反射定律1657165716571657年費馬首先指出光在介質(zhì)中傳播時時所走路程取極值的原年費馬首先指出光在介質(zhì)中傳播時時所走路程取極值的原年費馬首先指出光在介質(zhì)中傳播時時所走路程取極值的原年費馬首先指出光在介質(zhì)中傳播時

12、時所走路程取極值的原理，并根據(jù)這個原理推出光的反射定律和折射定律。理，并根據(jù)這個原理推出光的反射定律和折射定律。理，并根據(jù)這個原理推出光的反射定律和折射定律。理，并根據(jù)這個原理推出光的反射定律和折射定律。費馬（公元1601-1665年）折射和反射定律1657年費馬牛頓（公元牛頓（公元牛頓（公元牛頓（公元1643-17271643-1727年）年）年）年）牛頓牛頓牛頓牛頓(1665(1665年年年年)利用色散實驗證利用色散實驗證利用色散實驗證利用色散實驗證實了白光是由一些彼此獨立的實了白光是由一些彼此獨立的實了白光是由一些彼此獨立的實了白光是由一些彼此獨立的彩色光所組成。彩色光所組成。彩色光所組

13、成。彩色光所組成。牛頓（公元1643-1727年）牛頓(1665年)利用色散實波動光學(xué)時期建立了光的波動理論，波動光學(xué)時期建立了光的波動理論，波動光學(xué)時期建立了光的波動理論，波動光學(xué)時期建立了光的波動理論，圓滿解釋了圓滿解釋了圓滿解釋了圓滿解釋了光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象；通過邁克爾遜干涉儀光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象；通過邁克爾遜干涉儀光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象；通過邁克爾遜干涉儀光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象；通過邁克爾遜干涉儀否定了否定了否定了否定了“以太以太以太以太”的存在；提出并證實了光的本質(zhì)就的存在；提出并證實了光的本質(zhì)就的存在；提出并證實了光的本質(zhì)就的存在；提出并證實了光的本質(zhì)就是電磁波。是電

14、磁波。是電磁波。是電磁波。波動光學(xué)時期波動光學(xué)時期波動光學(xué)時期波動光學(xué)時期波動光學(xué)時期建立了光的波動理論，圓滿解釋了波動光學(xué)時期光學(xué)光的波動理論的創(chuàng)始人，提出了光的波動理論的創(chuàng)始人，提出了光的波動理論的創(chuàng)始人，提出了光的波動理論的創(chuàng)始人，提出了“光是光是光是光是 以太以太以太以太 中傳播的波中傳播的波中傳播的波中傳播的波動動動動”理論和次波假設(shè)（惠更斯原理），并解釋了反射、折射理論和次波假設(shè)（惠更斯原理），并解釋了反射、折射理論和次波假設(shè)（惠更斯原理），并解釋了反射、折射理論和次波假設(shè)（惠更斯原理），并解釋了反射、折射定律和雙折射現(xiàn)象。定律和雙折射現(xiàn)象。定律和雙折射現(xiàn)象。定律和雙折射現(xiàn)象?；莞?/p>

15、斯（公元惠更斯（公元惠更斯（公元惠更斯（公元1629-16951629-1695年）年）年）年）惠更斯原理惠更斯原理惠更斯原理惠更斯原理光的波動理論的創(chuàng)始人，提出了“光是以太中傳播的波惠更斯（18011801年，楊氏最先利用干涉原理解釋了白光下的薄膜顏色，設(shè)計年，楊氏最先利用干涉原理解釋了白光下的薄膜顏色，設(shè)計年，楊氏最先利用干涉原理解釋了白光下的薄膜顏色，設(shè)計年，楊氏最先利用干涉原理解釋了白光下的薄膜顏色，設(shè)計并完成了著名的楊氏雙縫干涉實驗，并第一次成功地測定了光的并完成了著名的楊氏雙縫干涉實驗，并第一次成功地測定了光的并完成了著名的楊氏雙縫干涉實驗，并第一次成功地測定了光的并完成了著名的楊

16、氏雙縫干涉實驗，并第一次成功地測定了光的波長。提出了光是橫波的假設(shè)。波長。提出了光是橫波的假設(shè)。波長。提出了光是橫波的假設(shè)。波長。提出了光是橫波的假設(shè)。楊氏（公元楊氏（公元楊氏（公元楊氏（公元1773-18291773-1829）薄膜干涉薄膜干涉薄膜干涉薄膜干涉雙縫干涉雙縫干涉雙縫干涉雙縫干涉1801年，楊氏最先利用干涉原理解釋了白光下的薄膜顏色，設(shè)計18651865年，麥克斯韋爾建立期完整的經(jīng)典電磁理論，指出光是年，麥克斯韋爾建立期完整的經(jīng)典電磁理論，指出光是年，麥克斯韋爾建立期完整的經(jīng)典電磁理論，指出光是年，麥克斯韋爾建立期完整的經(jīng)典電磁理論，指出光是一種電磁波，產(chǎn)生光的電磁理論。該理論一

17、直到廿余年后由一種電磁波，產(chǎn)生光的電磁理論。該理論一直到廿余年后由一種電磁波，產(chǎn)生光的電磁理論。該理論一直到廿余年后由一種電磁波，產(chǎn)生光的電磁理論。該理論一直到廿余年后由赫茲的實驗所證實赫茲的實驗所證實赫茲的實驗所證實赫茲的實驗所證實。赫茲（公元赫茲（公元赫茲（公元赫茲（公元1857-18941857-1894年）年）年）年）麥克斯韋爾（公元麥克斯韋爾（公元麥克斯韋爾（公元麥克斯韋爾（公元1831-18791831-1879年）年）年）年）1865年，麥克斯韋爾建立期完整的經(jīng)典電磁理論，指出光是赫茲1887188718871887年，邁克爾遜和莫雷一起以近乎完美的條件進(jìn)行了干涉實驗，年，邁克爾

18、遜和莫雷一起以近乎完美的條件進(jìn)行了干涉實驗，年，邁克爾遜和莫雷一起以近乎完美的條件進(jìn)行了干涉實驗，年，邁克爾遜和莫雷一起以近乎完美的條件進(jìn)行了干涉實驗，通過測量兩束光的形成的干涉條紋數(shù)目和移動，證實了光速的不通過測量兩束光的形成的干涉條紋數(shù)目和移動，證實了光速的不通過測量兩束光的形成的干涉條紋數(shù)目和移動，證實了光速的不通過測量兩束光的形成的干涉條紋數(shù)目和移動，證實了光速的不變性及以太是不存在的，為愛因斯坦狹義相對論的提出奠定了基變性及以太是不存在的，為愛因斯坦狹義相對論的提出奠定了基變性及以太是不存在的，為愛因斯坦狹義相對論的提出奠定了基變性及以太是不存在的，為愛因斯坦狹義相對論的提出奠定了基

19、礎(chǔ)。礎(chǔ)。礎(chǔ)。礎(chǔ)。邁克爾遜（公元邁克爾遜（公元邁克爾遜（公元邁克爾遜（公元1852 1852 1852 1852-1931193119311931年）年）年）年）邁克爾遜邁克爾遜邁克爾遜邁克爾遜.莫雷實驗?zāi)讓嶒災(zāi)讓嶒災(zāi)讓嶒?887年，邁克爾遜和莫雷一起以近乎完美的條件進(jìn)行了干涉實驗二、熱學(xué)的成就二、熱學(xué)的成就 2.1 2.1熱的本質(zhì)熱的本質(zhì)在十八世紀(jì)，隨著人們對燃燒現(xiàn)象認(rèn)識的深在十八世紀(jì)，隨著人們對燃燒現(xiàn)象認(rèn)識的深入，對熱現(xiàn)象也開始試圖給予解釋。入，對熱現(xiàn)象也開始試圖給予解釋。當(dāng)時對熱的本性存在兩種見解：一種認(rèn)為熱當(dāng)時對熱的本性存在兩種見解：一種認(rèn)為熱是一種物質(zhì)；另一種認(rèn)為熱是物質(zhì)分子的微

20、是一種物質(zhì)；另一種認(rèn)為熱是物質(zhì)分子的微小運動。小運動。拉瓦錫在拉瓦錫在17891789年的初等化學(xué)概論中把熱年的初等化學(xué)概論中把熱物質(zhì)當(dāng)做一種元素引入，稱之為熱素或熱質(zhì)物質(zhì)當(dāng)做一種元素引入，稱之為熱素或熱質(zhì)（caloriquecalorique）。）。二、熱學(xué)的成就 2.1熱的本質(zhì)熱質(zhì)說熱質(zhì)說拉瓦錫認(rèn)為：存在著一種極易流動的物質(zhì)拉瓦錫認(rèn)為：存在著一種極易流動的物質(zhì)實體充滿分子之間的空間，這種實體具有實體充滿分子之間的空間，這種實體具有擴(kuò)大分子之間距離的作用。擴(kuò)大分子之間距離的作用。這種物質(zhì)實體熱質(zhì)，根據(jù)其狀態(tài)分為這種物質(zhì)實體熱質(zhì)，根據(jù)其狀態(tài)分為兩類：自由的熱質(zhì)和結(jié)合的熱質(zhì)。兩類：自由的熱質(zhì)和結(jié)

21、合的熱質(zhì)。結(jié)合的熱質(zhì)被物體中的分子所束縛，形成結(jié)合的熱質(zhì)被物體中的分子所束縛，形成其實質(zhì)的一部分；自由熱質(zhì)沒有處于任何其實質(zhì)的一部分；自由熱質(zhì)沒有處于任何結(jié)合狀態(tài)，能夠從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個結(jié)合狀態(tài)，能夠從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，成為各種熱現(xiàn)象的載體。物體，成為各種熱現(xiàn)象的載體。熱質(zhì)說拉瓦錫認(rèn)為：存在著一種極易流動的物質(zhì)實體充滿分子之間的熱機(jī)：從技術(shù)到理論熱機(jī)：從技術(shù)到理論蒸汽機(jī)的廣泛使用促進(jìn)了工業(yè)革命、縮短了蒸汽機(jī)的廣泛使用促進(jìn)了工業(yè)革命、縮短了旅行時間、加快了商品流通。但是蒸汽機(jī)的旅行時間、加快了商品流通。但是蒸汽機(jī)的改進(jìn)只是靠技術(shù)上的摸索取得，到十九世紀(jì)改進(jìn)只是靠技術(shù)上的摸索取得，到十

22、九世紀(jì)初還沒有一個關(guān)于蒸汽機(jī)的一般理論。初還沒有一個關(guān)于蒸汽機(jī)的一般理論。這一局面因卡諾于這一局面因卡諾于18241824年出版關(guān)于火的動年出版關(guān)于火的動力及其適于產(chǎn)生這種動力的發(fā)動機(jī)之考察力及其適于產(chǎn)生這種動力的發(fā)動機(jī)之考察一書而改變。一書而改變。熱機(jī)：從技術(shù)到理論蒸汽機(jī)的廣泛使用促進(jìn)了工業(yè)革命、縮短了旅行Sadi Nicolas Lonard CarnotSadi Nicolas Lonard Carnot卡諾卡諾卡諾卡諾(1796-1832)(1796-1832)(1796-1832)(1796-1832)出身于出身于出身于出身于法國望族。法國望族。法國望族。法國望族。181418141

23、8141814年卡諾畢業(yè)于法國綜年卡諾畢業(yè)于法國綜年卡諾畢業(yè)于法國綜年卡諾畢業(yè)于法國綜合工科學(xué)校后到工兵部隊合工科學(xué)校后到工兵部隊合工科學(xué)校后到工兵部隊合工科學(xué)校后到工兵部隊服役，服役，服役，服役，1820182018201820年退役后專心年退役后專心年退役后專心年退役后專心從事物理學(xué)理論研究。從事物理學(xué)理論研究。從事物理學(xué)理論研究。從事物理學(xué)理論研究。他的父親是拿破侖一世政他的父親是拿破侖一世政他的父親是拿破侖一世政他的父親是拿破侖一世政府要人；弟弟是一位持自府要人；弟弟是一位持自府要人；弟弟是一位持自府要人；弟弟是一位持自由觀點的政治家；一位侄由觀點的政治家；一位侄由觀點的政治家；一位侄

24、由觀點的政治家；一位侄子是法蘭西第三共和國總子是法蘭西第三共和國總子是法蘭西第三共和國總子是法蘭西第三共和國總統(tǒng)。統(tǒng)。統(tǒng)。統(tǒng)。Sadi Nicolas Lonard Carnot卡諾(熱機(jī)的效率熱機(jī)的效率瓦特致力于提高蒸汽機(jī)的效率。但是經(jīng)過改瓦特致力于提高蒸汽機(jī)的效率。但是經(jīng)過改進(jìn)的蒸汽機(jī)效率仍然很低。燃料所產(chǎn)生的熱進(jìn)的蒸汽機(jī)效率仍然很低。燃料所產(chǎn)生的熱能的能的93%-95%93%-95%都被浪費掉。都被浪費掉。卡諾對熱機(jī)的做功效率也非常感興趣。他想卡諾對熱機(jī)的做功效率也非常感興趣。他想了解這種效率究竟可以提高到多少。了解這種效率究竟可以提高到多少?？ㄖZ從他的應(yīng)用力學(xué)家父親那里學(xué)會了對一卡諾從

25、他的應(yīng)用力學(xué)家父親那里學(xué)會了對一個循環(huán)過程進(jìn)行考察的必要性。他把熱機(jī)對個循環(huán)過程進(jìn)行考察的必要性。他把熱機(jī)對外做功和做完功返回原狀的過程結(jié)合起來考外做功和做完功返回原狀的過程結(jié)合起來考慮。慮。熱機(jī)的效率瓦特致力于提高蒸汽機(jī)的效率。但是經(jīng)過改進(jìn)的蒸汽機(jī)效永動機(jī)永動機(jī)永動機(jī)熱質(zhì)守恒熱質(zhì)守恒卡諾在關(guān)于火的動力一書中是立足于卡諾在關(guān)于火的動力一書中是立足于熱質(zhì)說來考察熱機(jī)效率的。熱質(zhì)說來考察熱機(jī)效率的。他的工作基礎(chǔ)就是熱質(zhì)守恒?？ㄖZ認(rèn)為，他的工作基礎(chǔ)就是熱質(zhì)守恒。卡諾認(rèn)為，熱從高溫物體向低溫物體移動時，必然能熱從高溫物體向低溫物體移動時，必然能夠產(chǎn)生動力。因此不伴隨動力產(chǎn)生的熱流夠產(chǎn)生動力。因此不伴隨

26、動力產(chǎn)生的熱流動是一種損失。溫度不同的物體接觸時就動是一種損失。溫度不同的物體接觸時就會產(chǎn)生這種損失。想要獲得熱機(jī)的最高效會產(chǎn)生這種損失。想要獲得熱機(jī)的最高效率，就要盡量避免這種損失。率，就要盡量避免這種損失。熱質(zhì)守恒卡諾在關(guān)于火的動力一書中是立足于熱質(zhì)說來考察熱機(jī)卡諾循環(huán)：理想熱機(jī)卡諾循環(huán)：理想熱機(jī) 卡諾進(jìn)一步設(shè)想了沒有任何損失的理想卡諾進(jìn)一步設(shè)想了沒有任何損失的理想熱機(jī)。他考察了由帶活塞的汽缸中氣體所產(chǎn)熱機(jī)。他考察了由帶活塞的汽缸中氣體所產(chǎn)生的等溫膨脹（系統(tǒng)從環(huán)境中吸收熱量）、生的等溫膨脹（系統(tǒng)從環(huán)境中吸收熱量）、絕熱膨脹（系統(tǒng)對環(huán)境中作功）、等溫壓縮絕熱膨脹（系統(tǒng)對環(huán)境中作功）、等溫壓縮

27、（系統(tǒng)向環(huán)境中放出熱量）、絕熱壓縮（系（系統(tǒng)向環(huán)境中放出熱量）、絕熱壓縮（系統(tǒng)恢復(fù)原來狀態(tài)，對環(huán)境作負(fù)功）四個過程統(tǒng)恢復(fù)原來狀態(tài)，對環(huán)境作負(fù)功）四個過程組成的循環(huán)，后來命名為卡諾循環(huán)。組成的循環(huán)，后來命名為卡諾循環(huán)。卡諾循環(huán)：理想熱機(jī) 卡諾進(jìn)一步設(shè)想了沒有任何損失的理熱力學(xué)的奠基人熱力學(xué)的奠基人卡諾最先定量地研究了熱和功相互轉(zhuǎn)化的方式，卡諾最先定量地研究了熱和功相互轉(zhuǎn)化的方式，卡諾最先定量地研究了熱和功相互轉(zhuǎn)化的方式，卡諾最先定量地研究了熱和功相互轉(zhuǎn)化的方式，因此他被稱作熱力學(xué)的奠基人。因此他被稱作熱力學(xué)的奠基人。因此他被稱作熱力學(xué)的奠基人。因此他被稱作熱力學(xué)的奠基人。他的方程表明最大效率只與

28、最高溫度和最低溫度他的方程表明最大效率只與最高溫度和最低溫度他的方程表明最大效率只與最高溫度和最低溫度他的方程表明最大效率只與最高溫度和最低溫度有關(guān)，與中間過程、工作介質(zhì)無關(guān)。有關(guān)，與中間過程、工作介質(zhì)無關(guān)。有關(guān)，與中間過程、工作介質(zhì)無關(guān)。有關(guān)，與中間過程、工作介質(zhì)無關(guān)?？ㄖZ如果能繼續(xù)研究下去，很可能由此得出熱力卡諾如果能繼續(xù)研究下去，很可能由此得出熱力卡諾如果能繼續(xù)研究下去，很可能由此得出熱力卡諾如果能繼續(xù)研究下去，很可能由此得出熱力學(xué)第二定律（熵增加定理）。而且卡諾后來還放學(xué)第二定律（熵增加定理）。而且卡諾后來還放學(xué)第二定律（熵增加定理）。而且卡諾后來還放學(xué)第二定律（熵增加定理）。而且卡諾

29、后來還放棄了熱質(zhì)說，轉(zhuǎn)而認(rèn)為熱是一種運動。棄了熱質(zhì)說，轉(zhuǎn)而認(rèn)為熱是一種運動。棄了熱質(zhì)說，轉(zhuǎn)而認(rèn)為熱是一種運動。棄了熱質(zhì)說，轉(zhuǎn)而認(rèn)為熱是一種運動。但是不幸的是他在但是不幸的是他在但是不幸的是他在但是不幸的是他在36363636歲就死于霍亂。歲就死于霍亂。歲就死于霍亂。歲就死于霍亂。熱力學(xué)的奠基人卡諾最先定量地研究了熱和功相互轉(zhuǎn)化的方式，因此熱動說熱動說倫福德倫福德倫福德倫福德(1753-1814)(1753-1814)(1753-1814)(1753-1814)糾正了熱糾正了熱糾正了熱糾正了熱是一種無質(zhì)流體的說法。是一種無質(zhì)流體的說法。是一種無質(zhì)流體的說法。是一種無質(zhì)流體的說法。倫福德出身于美國

30、，后到歐洲倫福德出身于美國，后到歐洲倫福德出身于美國，后到歐洲倫福德出身于美國，后到歐洲慕尼黑管理一個兵工廠，他發(fā)慕尼黑管理一個兵工廠，他發(fā)慕尼黑管理一個兵工廠，他發(fā)慕尼黑管理一個兵工廠，他發(fā)現(xiàn)當(dāng)鉆削制造炮筒的青銅坯料現(xiàn)當(dāng)鉆削制造炮筒的青銅坯料現(xiàn)當(dāng)鉆削制造炮筒的青銅坯料現(xiàn)當(dāng)鉆削制造炮筒的青銅坯料時，金屬坯料燙得象火一樣。時，金屬坯料燙得象火一樣。時，金屬坯料燙得象火一樣。時，金屬坯料燙得象火一樣。當(dāng)時傳統(tǒng)的解釋是，當(dāng)金屬被當(dāng)時傳統(tǒng)的解釋是，當(dāng)金屬被當(dāng)時傳統(tǒng)的解釋是，當(dāng)金屬被當(dāng)時傳統(tǒng)的解釋是，當(dāng)金屬被切削成刨花時，熱質(zhì)就從金屬切削成刨花時，熱質(zhì)就從金屬切削成刨花時，熱質(zhì)就從金屬切削成刨花時，熱質(zhì)

31、就從金屬中逸出。中逸出。中逸出。中逸出。但是倫福德注意到，只要鏜鉆但是倫福德注意到，只要鏜鉆但是倫福德注意到，只要鏜鉆但是倫福德注意到，只要鏜鉆不停止，金屬就不停地發(fā)熱。不停止，金屬就不停地發(fā)熱。不停止，金屬就不停地發(fā)熱。不停止，金屬就不停地發(fā)熱。熱動說倫福德(1753-1814)糾正了熱是一種無質(zhì)流體的熱質(zhì)熱質(zhì)倫福德在慕尼黑管理一個兵工廠，他發(fā)倫福德在慕尼黑管理一個兵工廠，他發(fā)現(xiàn)當(dāng)鉆削制造炮筒的青銅坯料時，金屬現(xiàn)當(dāng)鉆削制造炮筒的青銅坯料時，金屬坯料燙得象火一樣。坯料燙得象火一樣。當(dāng)時傳統(tǒng)的解釋是，當(dāng)金屬被切削成刨當(dāng)時傳統(tǒng)的解釋是，當(dāng)金屬被切削成刨花時，熱質(zhì)就從金屬中逸出?；〞r，熱質(zhì)就從金屬中

32、逸出。但是倫福德注意到，只要鏜鉆不停止，但是倫福德注意到，只要鏜鉆不停止，金屬就不停地發(fā)熱。金屬就不停地發(fā)熱。熱質(zhì)倫福德在慕尼黑管理一個兵工廠，他發(fā)現(xiàn)當(dāng)鉆削制造炮筒的青銅機(jī)械運動轉(zhuǎn)化為熱機(jī)械運動轉(zhuǎn)化為熱倫福德得出結(jié)論，是鏜具的機(jī)械運動轉(zhuǎn)化倫福德得出結(jié)論，是鏜具的機(jī)械運動轉(zhuǎn)化為熱。為熱。17981798年倫福德向皇家學(xué)會報告了他年倫福德向皇家學(xué)會報告了他在慕尼黑的實驗。在慕尼黑的實驗。他還試圖給出一定量的機(jī)械運動所能產(chǎn)生他還試圖給出一定量的機(jī)械運動所能產(chǎn)生的熱量，這是首次給出了熱功當(dāng)量的數(shù)值。的熱量，這是首次給出了熱功當(dāng)量的數(shù)值。不過他的數(shù)值偏高。不過他的數(shù)值偏高。17991799年倫福德回到英

33、國，當(dāng)選為皇家學(xué)會年倫福德回到英國，當(dāng)選為皇家學(xué)會會員。會員。18041804年到巴黎定居，娶了拉瓦錫的年到巴黎定居，娶了拉瓦錫的遺孀并就熱質(zhì)說與已故的拉瓦錫作對。遺孀并就熱質(zhì)說與已故的拉瓦錫作對。機(jī)械運動轉(zhuǎn)化為熱倫福德得出結(jié)論，是鏜具的機(jī)械運動轉(zhuǎn)化為熱。1熱運動說的處境熱運動說的處境倫福德的報告引起巨大反響，對熱運動說有倫福德的報告引起巨大反響，對熱運動說有人支持也有人反對。熱質(zhì)說的統(tǒng)治地位一時人支持也有人反對。熱質(zhì)說的統(tǒng)治地位一時還難以動搖。還難以動搖。當(dāng)時以熱質(zhì)守恒這一基本原理為基礎(chǔ)，熱學(xué)當(dāng)時以熱質(zhì)守恒這一基本原理為基礎(chǔ)，熱學(xué)正穩(wěn)步地積累著實驗資料，并不斷帶來新的正穩(wěn)步地積累著實驗資料，

34、并不斷帶來新的理論。相反，熱運動論缺乏定量的實驗基礎(chǔ)，理論。相反，熱運動論缺乏定量的實驗基礎(chǔ)，沒有提出數(shù)學(xué)化的理論。沒有提出數(shù)學(xué)化的理論。必須等到能量守恒定律的確立，才能從更為必須等到能量守恒定律的確立，才能從更為廣闊的觀點來理解熱和運動的相互轉(zhuǎn)化。廣闊的觀點來理解熱和運動的相互轉(zhuǎn)化。熱運動說的處境倫福德的報告引起巨大反響，對熱運動說有人支持也2.22.2能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)能量守恒定律的發(fā)現(xiàn) 能量守恒定律提出的背景能量守恒定律提出的背景(1)(1)(1)(1)由于十八世紀(jì)以來物理學(xué)前沿的擴(kuò)大，形形色色由于十八世紀(jì)以來物理學(xué)前沿的擴(kuò)大，形形色色由于十八世紀(jì)以來物理學(xué)前沿的擴(kuò)大，形形色色由于十八世

35、紀(jì)以來物理學(xué)前沿的擴(kuò)大，形形色色的物理現(xiàn)象之間的轉(zhuǎn)化過程被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，引起人的物理現(xiàn)象之間的轉(zhuǎn)化過程被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，引起人的物理現(xiàn)象之間的轉(zhuǎn)化過程被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，引起人的物理現(xiàn)象之間的轉(zhuǎn)化過程被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，引起人們注意。們注意。們注意。們注意。(2)(2)(2)(2)十八世紀(jì)下半葉在德國產(chǎn)生一種對機(jī)械論自然觀十八世紀(jì)下半葉在德國產(chǎn)生一種對機(jī)械論自然觀十八世紀(jì)下半葉在德國產(chǎn)生一種對機(jī)械論自然觀十八世紀(jì)下半葉在德國產(chǎn)生一種對機(jī)械論自然觀的不滿，萌發(fā)一種活力論。這種活力論在十九世的不滿，萌發(fā)一種活力論。這種活力論在十九世的不滿，萌發(fā)一種活力論。這種活力論在十九世的不滿，萌發(fā)一種活力論。這種活力論在十九世紀(jì)初發(fā)展

36、成為自然哲學(xué)：把整個宇宙看做是由某紀(jì)初發(fā)展成為自然哲學(xué)：把整個宇宙看做是由某紀(jì)初發(fā)展成為自然哲學(xué)：把整個宇宙看做是由某紀(jì)初發(fā)展成為自然哲學(xué)：把整個宇宙看做是由某種根源性的力所引起的歷史發(fā)展的產(chǎn)物。自然界種根源性的力所引起的歷史發(fā)展的產(chǎn)物。自然界種根源性的力所引起的歷史發(fā)展的產(chǎn)物。自然界種根源性的力所引起的歷史發(fā)展的產(chǎn)物。自然界的各種力，電、磁、光、熱、化學(xué)親和力等等東的各種力，電、磁、光、熱、化學(xué)親和力等等東的各種力，電、磁、光、熱、化學(xué)親和力等等東的各種力，電、磁、光、熱、化學(xué)親和力等等東西歸根結(jié)底是同一種東西。西歸根結(jié)底是同一種東西。西歸根結(jié)底是同一種東西。西歸根結(jié)底是同一種東西。2.2能

37、量守恒定律的發(fā)現(xiàn) 能量守恒定律提出的背景2.22.2能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)能量守恒定律的發(fā)現(xiàn) 德國人邁爾（德國人邁爾（德國人邁爾（德國人邁爾（1814-18781814-18781814-18781814-1878）作為隨船醫(yī)生在作為隨船醫(yī)生在作為隨船醫(yī)生在作為隨船醫(yī)生在1840184018401840年去爪年去爪年去爪年去爪哇的航行中，由于考慮動物哇的航行中，由于考慮動物哇的航行中，由于考慮動物哇的航行中，由于考慮動物熱的問題，邁爾對物理學(xué)產(chǎn)熱的問題，邁爾對物理學(xué)產(chǎn)熱的問題，邁爾對物理學(xué)產(chǎn)熱的問題，邁爾對物理學(xué)產(chǎn)生興趣，多次著文闡述能量生興趣，多次著文闡述能量生興趣，多次著文闡述能量生興趣，多次

38、著文闡述能量守恒的信念。守恒的信念。守恒的信念。守恒的信念。1841 1841 1841 1841年他完年他完年他完年他完成關(guān)于無機(jī)界各種力的意成關(guān)于無機(jī)界各種力的意成關(guān)于無機(jī)界各種力的意成關(guān)于無機(jī)界各種力的意見一文，被一家物理學(xué)雜見一文，被一家物理學(xué)雜見一文，被一家物理學(xué)雜見一文，被一家物理學(xué)雜志退稿后，第二年發(fā)表在了志退稿后，第二年發(fā)表在了志退稿后，第二年發(fā)表在了志退稿后，第二年發(fā)表在了李比希主編的化學(xué)和藥學(xué)李比希主編的化學(xué)和藥學(xué)李比希主編的化學(xué)和藥學(xué)李比希主編的化學(xué)和藥學(xué)年鑒上。但是他的工作幾年鑒上。但是他的工作幾年鑒上。但是他的工作幾年鑒上。但是他的工作幾乎沒有引起人們注意。乎沒有引起

39、人們注意。乎沒有引起人們注意。乎沒有引起人們注意。2.2能量守恒定律的發(fā)現(xiàn) 德國人邁爾（1814-1878）2.22.2能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)能量守恒定律的發(fā)現(xiàn) 英國的焦耳擅長實驗。他對所有他英國的焦耳擅長實驗。他對所有他英國的焦耳擅長實驗。他對所有他英國的焦耳擅長實驗。他對所有他想得到的有熱量產(chǎn)生過程進(jìn)行熱測想得到的有熱量產(chǎn)生過程進(jìn)行熱測想得到的有熱量產(chǎn)生過程進(jìn)行熱測想得到的有熱量產(chǎn)生過程進(jìn)行熱測量。量。量。量。1840 1840 1840 1840年他得出：電流產(chǎn)生的熱量與年他得出：電流產(chǎn)生的熱量與年他得出：電流產(chǎn)生的熱量與年他得出：電流產(chǎn)生的熱量與電流強(qiáng)度的平方和電阻的乘積成正電流強(qiáng)度的平方

40、和電阻的乘積成正電流強(qiáng)度的平方和電阻的乘積成正電流強(qiáng)度的平方和電阻的乘積成正比焦耳最后測量出做的功和產(chǎn)比焦耳最后測量出做的功和產(chǎn)比焦耳最后測量出做的功和產(chǎn)比焦耳最后測量出做的功和產(chǎn)生的熱的關(guān)系為：生的熱的關(guān)系為：生的熱的關(guān)系為：生的熱的關(guān)系為：41,450,00041,450,00041,450,00041,450,000爾格爾格爾格爾格的功產(chǎn)生的功產(chǎn)生的功產(chǎn)生的功產(chǎn)生1 1 1 1卡的熱量?？ǖ臒崃?。卡的熱量?？ǖ臒崃?。為了紀(jì)念焦耳的工作，后來規(guī)定一為了紀(jì)念焦耳的工作，后來規(guī)定一為了紀(jì)念焦耳的工作，后來規(guī)定一為了紀(jì)念焦耳的工作，后來規(guī)定一千萬爾格的功定義為一焦耳?，F(xiàn)在千萬爾格的功定義為一焦耳

41、?，F(xiàn)在千萬爾格的功定義為一焦耳?，F(xiàn)在千萬爾格的功定義為一焦耳?，F(xiàn)在的熱功當(dāng)量數(shù)值為的熱功當(dāng)量數(shù)值為的熱功當(dāng)量數(shù)值為的熱功當(dāng)量數(shù)值為4.184.184.184.18焦耳焦耳焦耳焦耳/卡?？ā？??？?。2.2能量守恒定律的發(fā)現(xiàn) 英國的焦耳擅長實驗。他對所有他想 1845年，焦耳為測定機(jī)械功和熱之間的轉(zhuǎn)換年，焦耳為測定機(jī)械功和熱之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，設(shè)計了關(guān)系，設(shè)計了“熱功當(dāng)量實驗儀熱功當(dāng)量實驗儀”，并反復(fù)改，并反復(fù)改進(jìn)，反復(fù)實驗。進(jìn)，反復(fù)實驗。1849年發(fā)表年發(fā)表論熱功當(dāng)量論熱功當(dāng)量。1878年發(fā)表年發(fā)表熱功當(dāng)量的新測定熱功當(dāng)量的新測定，最后得，最后得到的數(shù)值為到的數(shù)值為423.85公斤公斤米米/千卡。千

42、卡。焦耳測熱功當(dāng)量用了四十多年，實驗了焦耳測熱功當(dāng)量用了四十多年，實驗了400多次，付出大量的辛勤勞動。多次，付出大量的辛勤勞動。成果無處發(fā)表成果無處發(fā)表當(dāng)時人們沒有認(rèn)識到焦耳工作的意義。各種學(xué)術(shù)刊物和皇當(dāng)時人們沒有認(rèn)識到焦耳工作的意義。各種學(xué)術(shù)刊物和皇當(dāng)時人們沒有認(rèn)識到焦耳工作的意義。各種學(xué)術(shù)刊物和皇當(dāng)時人們沒有認(rèn)識到焦耳工作的意義。各種學(xué)術(shù)刊物和皇家學(xué)會都拒絕發(fā)表他的文章。家學(xué)會都拒絕發(fā)表他的文章。家學(xué)會都拒絕發(fā)表他的文章。家學(xué)會都拒絕發(fā)表他的文章。1847184718471847年焦耳獲得在英國科學(xué)促進(jìn)會年會上宣讀他的論文的年焦耳獲得在英國科學(xué)促進(jìn)會年會上宣讀他的論文的年焦耳獲得在英國科

43、學(xué)促進(jìn)會年會上宣讀他的論文的年焦耳獲得在英國科學(xué)促進(jìn)會年會上宣讀他的論文的機(jī)會，當(dāng)時幾乎沒有聽眾，機(jī)會，當(dāng)時幾乎沒有聽眾，機(jī)會，當(dāng)時幾乎沒有聽眾，機(jī)會，當(dāng)時幾乎沒有聽眾，只有一位只有一位只有一位只有一位23232323歲的年青人威廉歲的年青人威廉歲的年青人威廉歲的年青人威廉湯姆森，即后來的開爾文勛湯姆森，即后來的開爾文勛湯姆森，即后來的開爾文勛湯姆森，即后來的開爾文勛爵對他的報告感興趣。湯姆森對焦耳的成果作了十分精辟爵對他的報告感興趣。湯姆森對焦耳的成果作了十分精辟爵對他的報告感興趣。湯姆森對焦耳的成果作了十分精辟爵對他的報告感興趣。湯姆森對焦耳的成果作了十分精辟的評價，終于引起人們的注意。的

44、評價，終于引起人們的注意。的評價，終于引起人們的注意。的評價，終于引起人們的注意。1849184918491849年在法拉第親自主持下，焦耳在皇家學(xué)會宣讀了他的年在法拉第親自主持下，焦耳在皇家學(xué)會宣讀了他的年在法拉第親自主持下，焦耳在皇家學(xué)會宣讀了他的年在法拉第親自主持下，焦耳在皇家學(xué)會宣讀了他的論文，他的成果終于獲得完全承認(rèn)。論文，他的成果終于獲得完全承認(rèn)。論文，他的成果終于獲得完全承認(rèn)。論文，他的成果終于獲得完全承認(rèn)。焦耳的工作為熱力學(xué)第一、第二定律的得出奠定了實驗基焦耳的工作為熱力學(xué)第一、第二定律的得出奠定了實驗基焦耳的工作為熱力學(xué)第一、第二定律的得出奠定了實驗基焦耳的工作為熱力學(xué)第一、

45、第二定律的得出奠定了實驗基礎(chǔ)。礎(chǔ)。礎(chǔ)。礎(chǔ)。成果無處發(fā)表當(dāng)時人們沒有認(rèn)識到焦耳工作的意義。各種學(xué)術(shù)刊物和能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)能量守恒定律的發(fā)現(xiàn) 對能量守恒，邁爾展開對能量守恒，邁爾展開了大膽思辨，焦耳進(jìn)行了大膽思辨，焦耳進(jìn)行了扎實的實驗，而德國了扎實的實驗，而德國生理學(xué)家和物理學(xué)家赫生理學(xué)家和物理學(xué)家赫姆霍茲（姆霍茲（1821-18941821-1894）則）則立足于力學(xué)基礎(chǔ)之上，立足于力學(xué)基礎(chǔ)之上，追求各種能量轉(zhuǎn)換過程追求各種能量轉(zhuǎn)換過程的數(shù)學(xué)表述。最終被確的數(shù)學(xué)表述。最終被確認(rèn)為能量守恒定律的確認(rèn)為能量守恒定律的確立者。立者。能量守恒定律的發(fā)現(xiàn) 對能量守恒，邁爾展開了大膽思辨，焦耳進(jìn)論論“力力

46、”的守恒的守恒1847184718471847年赫姆霍茲獨立完成論年赫姆霍茲獨立完成論年赫姆霍茲獨立完成論年赫姆霍茲獨立完成論“力力力力”的守恒一文，的守恒一文，的守恒一文，的守恒一文，并于并于并于并于7 7 7 7月月月月23232323日在柏林物理學(xué)會的年會上宣讀日在柏林物理學(xué)會的年會上宣讀日在柏林物理學(xué)會的年會上宣讀日在柏林物理學(xué)會的年會上宣讀1854185418541854年赫姆霍茲在自然力的相互作用一文中指年赫姆霍茲在自然力的相互作用一文中指年赫姆霍茲在自然力的相互作用一文中指年赫姆霍茲在自然力的相互作用一文中指出，出，出，出，“自然作為一個整體，是力的儲存庫，它不能自然作為一個整體

47、，是力的儲存庫，它不能自然作為一個整體，是力的儲存庫，它不能自然作為一個整體，是力的儲存庫，它不能以任何方法增加或減少。所以自然界中力的數(shù)量正以任何方法增加或減少。所以自然界中力的數(shù)量正以任何方法增加或減少。所以自然界中力的數(shù)量正以任何方法增加或減少。所以自然界中力的數(shù)量正象物質(zhì)的數(shù)量一樣永存和不變。我曾將這個普遍的象物質(zhì)的數(shù)量一樣永存和不變。我曾將這個普遍的象物質(zhì)的數(shù)量一樣永存和不變。我曾將這個普遍的象物質(zhì)的數(shù)量一樣永存和不變。我曾將這個普遍的定律命名為定律命名為定律命名為定律命名為力的守恒原理力的守恒原理力的守恒原理力的守恒原理”。這里明確表達(dá)了。這里明確表達(dá)了。這里明確表達(dá)了。這里明確表

48、達(dá)了能量轉(zhuǎn)化和守恒的思想。能量轉(zhuǎn)化和守恒的思想。能量轉(zhuǎn)化和守恒的思想。能量轉(zhuǎn)化和守恒的思想。以以以以1850-18511850-18511850-18511850-1851年間克勞修斯和湯姆森奠定熱力學(xué)基年間克勞修斯和湯姆森奠定熱力學(xué)基年間克勞修斯和湯姆森奠定熱力學(xué)基年間克勞修斯和湯姆森奠定熱力學(xué)基礎(chǔ)的工作為轉(zhuǎn)機(jī)，能量守恒定律才獲得普遍承認(rèn)。礎(chǔ)的工作為轉(zhuǎn)機(jī)，能量守恒定律才獲得普遍承認(rèn)。礎(chǔ)的工作為轉(zhuǎn)機(jī)，能量守恒定律才獲得普遍承認(rèn)。礎(chǔ)的工作為轉(zhuǎn)機(jī)，能量守恒定律才獲得普遍承認(rèn)。論“力”的守恒1847年赫姆霍茲獨立完成論“力”的守恒意義意義 能量守恒與轉(zhuǎn)化定律能量守恒與轉(zhuǎn)化定律被認(rèn)為是物被認(rèn)為是物理學(xué)

49、的理學(xué)的“最高定律最高定律”（法拉第），（法拉第），“宇宙的普遍的基本定律宇宙的普遍的基本定律”（克勞（克勞修斯），恩格斯則稱之為修斯），恩格斯則稱之為1919世紀(jì)三世紀(jì)三大發(fā)現(xiàn)之一。該定律的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著大發(fā)現(xiàn)之一。該定律的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著近代物理學(xué)第二次理論大綜合。近代物理學(xué)第二次理論大綜合。意義 能量守恒與轉(zhuǎn)化定律被認(rèn)為是物理學(xué)的“最高定律”（法拉2.32.3熱力學(xué)第一、第二定律的建立熱力學(xué)第一、第二定律的建立 熱力學(xué)第一定律的建立熱力學(xué)第一定律的建立熱功當(dāng)量的發(fā)現(xiàn)揭示了熱和機(jī)械功之間熱功當(dāng)量的發(fā)現(xiàn)揭示了熱和機(jī)械功之間存在著內(nèi)在的定量關(guān)系。焦耳的實驗一存在著內(nèi)在的定量關(guān)系。焦耳的實驗一方面證明了熱

50、和機(jī)械功的作用效果是等方面證明了熱和機(jī)械功的作用效果是等價的，另一方面也證明了絕熱過程的功價的，另一方面也證明了絕熱過程的功與過程進(jìn)行的方式無關(guān)。與過程進(jìn)行的方式無關(guān)。在焦耳工作的基礎(chǔ)上，克勞修斯和開爾在焦耳工作的基礎(chǔ)上，克勞修斯和開爾文各自深入研究了熱功轉(zhuǎn)化的機(jī)制和規(guī)文各自深入研究了熱功轉(zhuǎn)化的機(jī)制和規(guī)律性問題，分別獲得了熱力學(xué)第一定律律性問題，分別獲得了熱力學(xué)第一定律的各自表述。的各自表述。2.3熱力學(xué)第一、第二定律的建立 熱力學(xué)第一定律的建立第一定律的克勞修斯表述第一定律的克勞修斯表述 1850 1850年年4 4月克勞修斯在物理和化學(xué)年鑒月克勞修斯在物理和化學(xué)年鑒上發(fā)表了論熱的動力和可由

51、此推導(dǎo)熱學(xué)本上發(fā)表了論熱的動力和可由此推導(dǎo)熱學(xué)本身的定律提出熱力學(xué)第一定律表述：身的定律提出熱力學(xué)第一定律表述：“在一切熱做功的情況中，產(chǎn)生的功與消耗在一切熱做功的情況中，產(chǎn)生的功與消耗的熱量成比例。反之，通過消耗同樣大小的的熱量成比例。反之，通過消耗同樣大小的功，將能產(chǎn)生同樣數(shù)量的熱量。功，將能產(chǎn)生同樣數(shù)量的熱量?！钡谝欢傻目藙谛匏贡硎?1850年4月克勞修斯在物理和化第一定律的開爾文表述第一定律的開爾文表述 1851185118511851年年年年開開開開爾爾爾爾文文文文發(fā)發(fā)發(fā)發(fā)表表表表以以以以焦焦焦焦耳耳耳耳先先先先生生生生的的的的單單單單位位位位熱熱熱熱當(dāng)當(dāng)當(dāng)當(dāng)量量量量導(dǎo)導(dǎo)導(dǎo)導(dǎo)出出出

52、出的的的的大大大大量量量量結(jié)結(jié)結(jié)結(jié)果果果果和和和和雷雷雷雷諾諾諾諾對對對對蒸蒸蒸蒸氣氣氣氣的的的的觀觀觀觀察察察察論論論論熱熱熱熱的的的的動動動動力力力力學(xué)學(xué)學(xué)學(xué)理論一文，提出了熱力學(xué)第一定律的開爾文說法：理論一文，提出了熱力學(xué)第一定律的開爾文說法：理論一文，提出了熱力學(xué)第一定律的開爾文說法：理論一文，提出了熱力學(xué)第一定律的開爾文說法：“物質(zhì)系必須以熱的形式或以機(jī)械功的形式，物質(zhì)系必須以熱的形式或以機(jī)械功的形式，物質(zhì)系必須以熱的形式或以機(jī)械功的形式，物質(zhì)系必須以熱的形式或以機(jī)械功的形式，給出同它得到的同樣多的能量給出同它得到的同樣多的能量給出同它得到的同樣多的能量給出同它得到的同樣多的能量”。

53、這里開爾文首次把能量一詞引入到了熱力學(xué)中這里開爾文首次把能量一詞引入到了熱力學(xué)中這里開爾文首次把能量一詞引入到了熱力學(xué)中這里開爾文首次把能量一詞引入到了熱力學(xué)中，該表述也被稱為熱力學(xué)第一定律的能量表述。，該表述也被稱為熱力學(xué)第一定律的能量表述。，該表述也被稱為熱力學(xué)第一定律的能量表述。，該表述也被稱為熱力學(xué)第一定律的能量表述。第一定律的開爾文表述 1851年開爾文發(fā)表以焦耳熱力學(xué)第二定律的建立熱力學(xué)第二定律的建立 熱力學(xué)第一定律是關(guān)于孤立熱力學(xué)系統(tǒng)從熱源熱力學(xué)第一定律是關(guān)于孤立熱力學(xué)系統(tǒng)從熱源熱力學(xué)第一定律是關(guān)于孤立熱力學(xué)系統(tǒng)從熱源熱力學(xué)第一定律是關(guān)于孤立熱力學(xué)系統(tǒng)從熱源是否吸收熱量和內(nèi)能與外

54、功之間轉(zhuǎn)化守恒關(guān)系是否吸收熱量和內(nèi)能與外功之間轉(zhuǎn)化守恒關(guān)系是否吸收熱量和內(nèi)能與外功之間轉(zhuǎn)化守恒關(guān)系是否吸收熱量和內(nèi)能與外功之間轉(zhuǎn)化守恒關(guān)系的規(guī)律，它并不涉及不同溫度的兩個熱源之間的規(guī)律，它并不涉及不同溫度的兩個熱源之間的規(guī)律，它并不涉及不同溫度的兩個熱源之間的規(guī)律，它并不涉及不同溫度的兩個熱源之間的熱量傳遞。的熱量傳遞。的熱量傳遞。的熱量傳遞。然而卡諾熱機(jī)理論表明，為了從熱產(chǎn)生動力，然而卡諾熱機(jī)理論表明，為了從熱產(chǎn)生動力，然而卡諾熱機(jī)理論表明，為了從熱產(chǎn)生動力，然而卡諾熱機(jī)理論表明，為了從熱產(chǎn)生動力，需要有高溫物體和低溫物體。熱機(jī)的實踐也證需要有高溫物體和低溫物體。熱機(jī)的實踐也證需要有高溫物體

55、和低溫物體。熱機(jī)的實踐也證需要有高溫物體和低溫物體。熱機(jī)的實踐也證明，熱機(jī)存在著普遍的熱耗散現(xiàn)象，總有一些明，熱機(jī)存在著普遍的熱耗散現(xiàn)象，總有一些明，熱機(jī)存在著普遍的熱耗散現(xiàn)象，總有一些明，熱機(jī)存在著普遍的熱耗散現(xiàn)象，總有一些熱譬如磨擦熱不能復(fù)返做功。熱譬如磨擦熱不能復(fù)返做功。熱譬如磨擦熱不能復(fù)返做功。熱譬如磨擦熱不能復(fù)返做功。事實上卡諾的理想熱機(jī)循環(huán)在實際中是不能實事實上卡諾的理想熱機(jī)循環(huán)在實際中是不能實事實上卡諾的理想熱機(jī)循環(huán)在實際中是不能實事實上卡諾的理想熱機(jī)循環(huán)在實際中是不能實現(xiàn)的。對此，需要有一個新的普遍規(guī)律對這種現(xiàn)的。對此，需要有一個新的普遍規(guī)律對這種現(xiàn)的。對此，需要有一個新的普遍

56、規(guī)律對這種現(xiàn)的。對此，需要有一個新的普遍規(guī)律對這種普遍現(xiàn)象加以說明。普遍現(xiàn)象加以說明。普遍現(xiàn)象加以說明。普遍現(xiàn)象加以說明。熱力學(xué)第二定律的建立 熱力學(xué)第一定律是關(guān)于孤立熱力學(xué)系統(tǒng)從熱第二定律的克氏表述第二定律的克氏表述 在在18541854年物理和化學(xué)年鑒上發(fā)表的年物理和化學(xué)年鑒上發(fā)表的論機(jī)械熱理論第二基本定律的一個改論機(jī)械熱理論第二基本定律的一個改變形式一文中，克勞修斯給出了通常變形式一文中，克勞修斯給出了通常所說的熱力學(xué)第二定律的所說的熱力學(xué)第二定律的“克氏表述克氏表述”：“熱不可能由冷體傳到熱體，如果不熱不可能由冷體傳到熱體，如果不因而同時引起其他關(guān)系的變化。因而同時引起其他關(guān)系的變化。

57、”第二定律的克氏表述 在1854年物理和化學(xué)年鑒上發(fā)表的 1834 1834年，克拉珀龍（年，克拉珀龍（1799-18641799-1864）把卡諾的）把卡諾的思想幾何化為由兩個等溫過程和兩個絕熱過思想幾何化為由兩個等溫過程和兩個絕熱過程組成的卡諾循環(huán)，用幾何的方法來計算功，程組成的卡諾循環(huán)，用幾何的方法來計算功，提出了由功和吸熱之比來測量效率。提出了由功和吸熱之比來測量效率。絕對溫標(biāo)的提出絕對溫標(biāo)的提出 18481848年，年，W.W.湯姆孫（開爾文）湯姆孫（開爾文）提出絕對溫提出絕對溫標(biāo)，是卡諾熱動力理論的直接結(jié)果。標(biāo)，是卡諾熱動力理論的直接結(jié)果。T=t+273.3T=t+273.3這就是

58、絕對溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)的關(guān)系。這就是絕對溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)的關(guān)系。18871887年，絕對溫標(biāo)得到了世界的公認(rèn)。年，絕對溫標(biāo)得到了世界的公認(rèn)。1834年，克拉珀龍（1799-1864）把卡諾的思想幾何三三 熵熵1.1.熵的概念：熵的概念：18541854年，克勞修斯進(jìn)一步指出，雖然熱機(jī)在年，克勞修斯進(jìn)一步指出，雖然熱機(jī)在循環(huán)過程中循環(huán)過程中Q Q1 1QQ2 2，但熱量，但熱量Q Q與熱源溫度與熱源溫度T T之比值是一定的，之比值是一定的，即即Q Q1 1/T/T1 1=Q=Q2 2/T/T2 2。稱為。稱為“熵熵”，用符號，用符號S=Q/TS=Q/T表示。表示。通常我們考慮的是系統(tǒng)在變化過程中熵的變

59、化。對通常我們考慮的是系統(tǒng)在變化過程中熵的變化。對于一微小狀態(tài)變化，一般取熵變?yōu)橛谝晃⑿顟B(tài)變化，一般取熵變?yōu)閐S=dQ/TdS=dQ/T.2.2.熵的物理意義：熵的物理意義：18771877年，一生致力于用統(tǒng)計力學(xué)研究熱運年，一生致力于用統(tǒng)計力學(xué)研究熱運動的玻爾茲曼指出：動的玻爾茲曼指出：熵是分子無序的量度，熵是分子無序的量度，熵與無序度熵與無序度W W（即（即某一宏觀態(tài)對應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)，即宏觀態(tài)出現(xiàn)的幾率）之間的某一宏觀態(tài)對應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)，即宏觀態(tài)出現(xiàn)的幾率）之間的關(guān)系式為：關(guān)系式為：S=klnWS=klnW。S S上式稱為玻爾茲曼關(guān)系式，上式稱為玻爾茲曼關(guān)系式，k k=1.3810=1.38

60、10-23-23J/KJ/K稱為玻爾茲曼常數(shù)。稱為玻爾茲曼常數(shù)。三 熵2.熵的物理意義：1877年，一生致力于用統(tǒng)計力學(xué)研究3.3.熵增加原理：熵增加原理：18651865年，克勞修斯指出：年，克勞修斯指出：“對于任何一個封對于任何一個封閉系統(tǒng)閉系統(tǒng)在一個循環(huán)過程中出現(xiàn)的所有熵的代數(shù)和，必在一個循環(huán)過程中出現(xiàn)的所有熵的代數(shù)和，必須為正或在極限情況下等于零。須為正或在極限情況下等于零?！边@就是熵增加原理。這就是熵增加原理。熵增加原理揭示了自然過程的不可逆性，或者說運動的熵增加原理揭示了自然過程的不可逆性，或者說運動的轉(zhuǎn)化對于時間、方向的不對稱性。轉(zhuǎn)化對于時間、方向的不對稱性。自然系統(tǒng)中發(fā)生的一切

61、自然過程總是沿著熵增加的方向自然系統(tǒng)中發(fā)生的一切自然過程總是沿著熵增加的方向進(jìn)行。進(jìn)行。4.4.熵增加原理的意義：熵增加原理的意義：熵是從運動不能轉(zhuǎn)化的一面去量度運熵是從運動不能轉(zhuǎn)化的一面去量度運動轉(zhuǎn)化的能力，它表示著運動轉(zhuǎn)化已經(jīng)完成的程度，或者說動轉(zhuǎn)化的能力，它表示著運動轉(zhuǎn)化已經(jīng)完成的程度，或者說是運動喪失轉(zhuǎn)化能力的程度。在沒有外界作用的情況下，一是運動喪失轉(zhuǎn)化能力的程度。在沒有外界作用的情況下，一個系統(tǒng)的熵越大，就越接近于平衡狀態(tài)，系統(tǒng)的能量也就越個系統(tǒng)的熵越大，就越接近于平衡狀態(tài)，系統(tǒng)的能量也就越來越不能供利用了。來越不能供利用了。3.熵增加原理：1865年，克勞修斯指出：“對于任何一個

62、封閉熵（熵（entropyentropy）舉例舉例用用2020元人民幣在市場公平輕易購得一袋大米，而這袋大元人民幣在市場公平輕易購得一袋大米，而這袋大米卻不能在市場上輕易地?fù)Q成米卻不能在市場上輕易地?fù)Q成2020元。元。封閉容器中原被限制在某一局部的氣體分子一旦限制取封閉容器中原被限制在某一局部的氣體分子一旦限制取消，分子將自由地充滿整個容器，但卻不能自發(fā)地再回縮消，分子將自由地充滿整個容器，但卻不能自發(fā)地再回縮到某個局部。到某個局部。瓷瓶落地成碎片，而碎片卻不能自發(fā)回復(fù)成瓷瓶。瓷瓶落地成碎片，而碎片卻不能自發(fā)回復(fù)成瓷瓶。生米煮成熟飯，熟飯卻不能涼干成生米。生米煮成熟飯，熟飯卻不能涼干成生米。熵

63、（entropy）舉例用20元人民幣在市場公平輕易購得一“宇宙熱寂說宇宙熱寂說”1867186718671867年年年年在在在在法法法法蘭蘭蘭蘭克克克克福福福福舉舉舉舉行行行行的的的的第第第第41414141屆屆屆屆德德德德國國國國自自自自然然然然科科科科學(xué)學(xué)學(xué)學(xué)家家家家和和和和醫(yī)醫(yī)醫(yī)醫(yī)生生生生聯(lián)聯(lián)聯(lián)聯(lián)合合合合會會會會議議議議上上上上，克克克克勞勞勞勞修修修修斯斯斯斯他他他他把把把把整整整整個個個個宇宇宇宇宙宙宙宙看看看看做做做做一一一一個個個個孤孤孤孤立立立立的的的的絕絕絕絕熱熱熱熱系系系系統(tǒng)統(tǒng)統(tǒng)統(tǒng)，然然然然后后后后把把把把熱熱熱熱力力力力學(xué)學(xué)學(xué)學(xué)第第第第一一一一定定定定律律律律和和和和第二

64、定律應(yīng)用于整個宇宙，得出：第二定律應(yīng)用于整個宇宙，得出：第二定律應(yīng)用于整個宇宙，得出：第二定律應(yīng)用于整個宇宙，得出：(1)(1)(1)(1)宇宙的總能量是一個常數(shù)；宇宙的總能量是一個常數(shù)；宇宙的總能量是一個常數(shù)；宇宙的總能量是一個常數(shù)；(2)(2)(2)(2)宇宙的熵趨向某一個極大值。宇宙的熵趨向某一個極大值。宇宙的熵趨向某一個極大值。宇宙的熵趨向某一個極大值。這這這這就就就就是是是是后后后后來來來來引引引引起起起起很很很很多多多多爭爭爭爭議議議議的的的的“宇宇宇宇宙宙宙宙熱熱熱熱寂寂寂寂說說說說”的的的的正正正正式提出。式提出。式提出。式提出。“宇宙熱寂說”1867年在法蘭克福舉行的第41屆

65、德國自然第二類永動機(jī)不存在第二類永動機(jī)不存在在在在在1856185618561856年的論動力的起源和轉(zhuǎn)變中，開爾年的論動力的起源和轉(zhuǎn)變中，開爾年的論動力的起源和轉(zhuǎn)變中，開爾年的論動力的起源和轉(zhuǎn)變中，開爾文把熱力學(xué)第二定律和制造一種自動機(jī)聯(lián)系起文把熱力學(xué)第二定律和制造一種自動機(jī)聯(lián)系起文把熱力學(xué)第二定律和制造一種自動機(jī)聯(lián)系起文把熱力學(xué)第二定律和制造一種自動機(jī)聯(lián)系起來，提出：不借助外部動因?qū)釓囊晃矬w傳遞來，提出：不借助外部動因?qū)釓囊晃矬w傳遞來，提出：不借助外部動因?qū)釓囊晃矬w傳遞來，提出：不借助外部動因?qū)釓囊晃矬w傳遞到另一高溫物體來制成一個自動機(jī)，是不可能到另一高溫物體來制成一個自動機(jī)，是不

66、可能到另一高溫物體來制成一個自動機(jī)，是不可能到另一高溫物體來制成一個自動機(jī)，是不可能的。的。的。的。這種自動機(jī)也稱為永動機(jī)，后來人們把違反熱這種自動機(jī)也稱為永動機(jī)，后來人們把違反熱這種自動機(jī)也稱為永動機(jī)，后來人們把違反熱這種自動機(jī)也稱為永動機(jī)，后來人們把違反熱力學(xué)第一定律的永動機(jī)稱作第一類永動機(jī)，違力學(xué)第一定律的永動機(jī)稱作第一類永動機(jī)，違力學(xué)第一定律的永動機(jī)稱作第一類永動機(jī)，違力學(xué)第一定律的永動機(jī)稱作第一類永動機(jī)，違反熱力學(xué)第二定律的永動機(jī)稱作第二類永動機(jī)。反熱力學(xué)第二定律的永動機(jī)稱作第二類永動機(jī)。反熱力學(xué)第二定律的永動機(jī)稱作第二類永動機(jī)。反熱力學(xué)第二定律的永動機(jī)稱作第二類永動機(jī)。熱力學(xué)第二定律也等價地被表述為：第二類永熱力學(xué)第二定律也等價地被表述為：第二類永熱力學(xué)第二定律也等價地被表述為：第二類永熱力學(xué)第二定律也等價地被表述為：第二類永動機(jī)是不存在的。動機(jī)是不存在的。動機(jī)是不存在的。動機(jī)是不存在的。第二類永動機(jī)不存在在1856年的論動力的起源和轉(zhuǎn)變中，開熱力學(xué)第三定律熱力學(xué)第三定律 熱力學(xué)第三定律的建立與低溫現(xiàn)象的研熱力學(xué)第三定律的建立與低溫現(xiàn)象的研究直接相關(guān)，究直接相關(guān)，18481