第六讲热学的发展历程课件.ppt

物理学史,第 6 讲,热学的发展历程,1.伦福德伯爵,本杰明·汤普森爵士，伦福德伯爵， （1753年3月26日－1814年8月21日）英国物理学家，生于英属美洲1753年3月26日本杰明·汤普森出生于马萨诸塞乡间的北沃本恩13岁那年，他成为了一位商人的学徒因自制焰火而发生爆炸，险些丧命1772年，汤普森娶一位富有寡妇岳父是地方高官通过他的妻子与总督的关系，他成为了当地一位少校美国独立战争爆发时，汤普森站在英国王室一边，反对美国独立后来背井离乡到英国1789年，在慕尼黑兵工厂监督大炮镗孔工作1789年，他还被推选为美国文理科学院外籍名誉院士1791年，他获封神圣罗马帝国伯爵其爵号“伦福德”取自新罕布什尔州的康科德的旧名，是其发迹之地1803年，他被推举为瑞典皇家科学院的外籍院士1804年，续弦，与法国化学家拉瓦锡遗孀结婚，一年后离婚1814年逝世他被安葬于巴黎的奥特伊，其墓毗邻勒让德之墓1799年，在《哲学学报》发表文章：任何绝热物体或物体系统所能无限提供的东西，不可能是一种物质据我看来，要相对这些实验中的既能激发又能传播热的东西，形成明确的概念，即使不是绝无可能，也是极其困难的事情，除非那东西就是运动。

他提出热是一种运动形式，而非像当时受到普遍认同的是一种物质2.卡诺,尼古拉·卡诺（1796年6月1日－1832年8月24日），法国物理学家、工程师，“热力学之父”1796年6月1日，卡诺出生于法国巴黎杜佩蒂特宫卢森堡出生于名门世家拉扎尔··卡诺（1753年5月13日－1823年8月2日），法国数学家 尼古拉·卡诺父亲 巴黎科学院院士 当时拿破仑政权的重要成员，担任过战争部长、内政部长等职玛利·弗朗索瓦·萨迪·卡诺（1837年8月11日－1894年6月25日），拉扎尔·卡诺之孙，议员伊波利特·卡诺之子1887年当选为法兰西第三共和国的第四任总统1812年，卡诺在16岁时，考入巴黎综合理工学院，成为一名军校学员他同期同学有贾斯帕-古斯塔夫·科里奥利等巴黎综合理工学院当时人才荟萃包括安培、傅里叶，盖·吕萨克、泊松1815年，拿破仑帝国崩溃卡诺父亲被流放国外卡诺在军队中难以立足1832年6月，他先后患上猩红热和脑膜炎8月24日，染上霍乱，病逝在塞纳河畔伊夫里的医院，年仅36岁当卡诺父亲1823年8月病逝后，卡诺的弟弟回到巴黎，协助卡诺完成了《关于火的动力》一书的写作，使它在1824年6月12日发表出来。

卡诺在这部著作中提出了“卡诺热机”和“卡诺循环”的概念及“卡诺原理”,,,“卡诺热机”是一切工作于相同高温热源和低温热源之间的热机中效率最高的热机，是一种理想热机；“卡诺循环”是一种可逆循环卡诺原理”是说：“热动力与用来产生它的工作物质无关，它的量唯一地由在它们之间产生效力的物体（热源）的温度来确定，最后还与热质的输运量有关”后来，卡诺抛弃“热质”学说转向热之唯动说，是受菲涅耳的影响菲涅耳认为，热应当是物质粒子振动的结果，是物质的一种运动形式在卡诺去世两年后，克拉珀龙，当时巴黎理工学院的毕业生，只比卡诺低几级根据《关于火的动力》1834年，他在学院出版的杂志上发表了题为《论热的动力》的论文，用P－V曲线翻译了卡诺循环，但未引起学术界的注意1844年后，英国青年物理学家开尔文在法国学习时，偶尔读到克拉珀龙的文章，才知道卡诺的热机理论卡诺生前的好友罗贝林在法国《百科评论》杂志上曾经这样写道：卡诺孤独地生活、凄凉地死去，他的著作无人阅读，无人承认3.迈尔,罗伯特·冯·迈尔（1814年11月25日－1878年3月20日）， 德国物理学家、医生1814年11月25日，迈尔出生于海尔布1840年，迈尔作为随船医生航行至印度尼西亚爪哇岛。

在赤道附近，他注意到海员静脉的血液要比在欧洲时更加鲜红当时欧洲的医学家已经认识到血液颜色鲜红，往往表明血中含氧量较高迈尔因此想到一定是在热带肌体消耗的热量要较少，所以食物燃烧过程减弱，耗氧量少，静脉血中留下的氧增多，所以颜色才更鲜红启发迈尔思考动物热问题1842年，发表论文《论无机界的力》在李比希主编的《化学与药学年鉴》上，比较抽象推理方法提出能量守恒原理指出：“力是不灭的、能转化的、无重量的客体迈尔的文章得出思辨风格使得科学界不能接受，多次投稿不中，阐述自己的能量守恒原理，但是并没有引起注意精神焦躁不安,1848年，两个儿子相继夭折，弟弟因参加革命活动被捕，迈尔精神几近崩溃1849年，从三楼跳下自杀但是未死，两腿严重骨折1851年，送进精神医院接受残酷治疗，身心备受摧残1858年，迈尔，他从精神病院出来被瑞士巴塞尔自然科学院授为荣誉博士1871年英国授予迈尔科普里奖章1878年3月20日迈尔在海尔布逝世4.焦耳,,,詹姆斯·焦耳，（1818年12月24日－1889年10月11日），英国物理学家1818年12月24日，焦耳生于曼彻斯特近郊的索尔福德父亲本杰明·焦耳，一位富有的酿酒师，母亲爱丽丝·焦耳。

年幼时因为身体健康原因一直在索尔福德附近一个家庭学校里学习1834年，16岁的焦耳和他的哥哥本杰明被送到曼彻斯特的道尔顿的门下学习1835年，焦耳入曼彻斯特大学学习1838年，他的第一篇关于电学的科学论文被发表在《电学年鉴》上1840年，他得出了焦耳定律的公式1843年，焦耳用手摇发电机发电，将电流通入线圈，线圈放在水中以测量所产生的热量结果发现：热量与电流平方成正比第一次测出热功当量相当于4.51J/cal1843年他在于科克召开的英国科学协会的一次会议的化学分场里宣布了他的结果，迎来的是一片沉默焦耳测量了压缩空气所产生的热量，得到热功当量的值为（4.43J/cal）但是他的文章还是被皇家学会拒绝，他不得不改在《哲学杂志》上发表1847年英国协会的年会上，焦耳希望报告一下他的热功当量实验会议主席只允许他做简短的口头描述当时的听众中有斯托克斯、法拉第，以及当时已经被格拉斯哥大学聘为教授的年轻人威廉·汤姆森（也就是后来的开尔文男爵）报告结束后年轻人以雄辩口才对焦耳报告给予高度评价5.亥姆赫兹,,,赫尔曼·冯·亥姆霍兹（ Helmholtz，1821年8月31日－1894年9月8日），德国物理学家。

亥姆霍兹1821年8月31日生于柏林波茨坦父亲当地中学教师中学毕业后由于经济上的原因，在柏林的王家医学科学院学习条件是毕业后需在军队服役 8年1843年起在波茨坦担任军医1848年在冯·洪堡的推荐下，提前结束兵役曾经在柏林艺术学院和柯尼斯堡作生理学和病理学教授1871年亥姆霍兹任柏林大学物理学教授1888年成为新成立的夏洛特堡帝国物理学工程研究所的第一任主席1847年，亥姆霍兹发表《论力的守恒》，系统严密阐述能量守恒原理主要论点是：1.一切科学都可以归结到力学2.强调了牛顿力学和拉格朗日力学在数学上是等价的，因而可以用拉氏方法以力所传递的能量或它所作的功来量度力3.所有这种能量是守恒的关于亥姆赫兹的纪念,,,柏林洪堡大学的 亥姆霍兹雕像迈尔、焦耳和亥姆霍兹关于能量守恒原理优先权问题从论文发表时间上讲，迈尔占先；从提供确凿的实验证据上讲，焦耳占先；从全面精确阐发该原理上讲，亥姆赫兹占先除迈尔、焦耳和亥姆霍兹外，还有其他人独立提出能量守恒原理法国的卡诺，手稿死后46年发表；,,,英国律师格罗夫，1842年《自然界的各种力逐渐的相互关系》中提到一切物理力以及化学力在一定条件下将相互转化；,丹麦工程师柯尔丁1843年向哥本哈根科学院提交关于热功当量的实验报告。

6.开尔文,威廉·汤姆森，第一代开尔文男爵（1824年6月26日－1907年12月17日）,英国物理学家1824年6月26日，汤姆森生于爱尔兰的贝尔法斯特10岁时丧母父亲是格拉斯哥大学的自然哲学教授从小是个神童，11岁上格拉斯哥大学学习数学，并发表第一篇数学论文1845年毕业于剑桥大学1846年受聘为格拉斯哥大学自然哲学（物理学当时的别名）教授，任职达53年之久由于装设第一条大西洋海底电缆有功，英政府于1866年封他为爵士，并于1892年晋升为开尔文勋爵这个头衔来自于流经他在苏格兰格拉斯哥大学实验室的开尔文河1890～1895年任伦敦皇家学会会长1877年被选为法国科学院院士1904年任格拉斯哥大学校长，直到1907年12月17日在苏格兰的内瑟霍尔逝世为止1848年，开尔文发表《建立在热之动力的卡诺学说基础上和由卡诺的观察结果计算出来的一种绝对温标》文章根据查理定律，即温度每降低一度，气体的体积就缩小零度时的体积的1/273得出结论：在摄氏零下273度时，气体的动能为零，才是真正的零温度认为：“这个温标的特点是它完全不依赖于任何特殊物质的物理性质这是现代科学上的标准温标1849年，开尔文发表《关于卡诺学说的说明》文章。

指出：卡诺关于热机做功并不消耗热的看法是错误的，卡诺理论应该予以修改1851年，开尔文发表《论热的动力理论》文章系统阐述修改后热力学理论文中第一次提出热力学第一定律和第二定律概念从单一热源吸取热量使之完全变为有用的功而不产生其他影响是不可能的这个表述等价于一类永动机的不可能，这种永动机单靠从海水或土地中吸取热量二做功 开尔文第二定律表述：,关于开尔文的纪念,1927年，第七届国际计量大会将热力学温标开尔文作为最基本的温标 开尔文作为热力学温标，是国际单位制中的温度单位国际单位制中七个基本单位之一由爱尔兰第一代开尔文勋爵威廉·汤姆森发明，其命名依发明者头衔为Kelvins，符号是K1907年12月17日去世时，得到了几乎整个英国和全世界科学家的哀悼他的遗体被安葬在威斯敏斯特教堂牛顿墓的旁边100英镑上的开尔文开尔文纸钞,7.克劳修斯,鲁道夫·克劳修斯（1822年1月2日－1888年8月24日），德国物理学家1822年1月2日，克劳修斯生于波美拉尼亚省的克斯林市1884年克劳修斯毕业于柏林大学，攻读数学和物理1847年，他研究对地球大气层的光学效应，取得哈雷大学博士学位毕业后，担任柏林皇家炮兵工程学院的物理学教授及柏林大学的无俸讲师。

1855年到1867年他在苏黎世联邦理工学院担任教授1870年普法战争爆发，克劳修斯组织救护队，而在战斗中受伤，并留下残疾，因此被授予铁十字勋章1875年，妻子阿德莱德·丽姆普兰姆死于分娩，留下他一个人独立抚养六个小孩1886年，与索菲·萨克结婚，并有一个孩子1888年8月24日，他在德国的波恩逝世1850年，克劳修斯发表《论热的动力与可以得出的热学理论的普遍规律》论文对卡诺的理想热机理论进行新的修改和发展，提出证明的克劳修斯等式：热机从高温热源吸收的热量与该热源温度之比，等于向低温热源所放热量与该热源温度之比热量不可能自动地从较冷的物体转移到较热的物体，为了实现这一过程就必须消耗功 克劳修斯关于热力学第二定律表述,1854年，发表《论热的机械理论的第二原理的另一形式》，给出热力学第二定律的数学表达式1865年，发现：一个系统的热含量与其他绝对温度之比，在系统孤立之时总是会增大，在理想状态下将保持不变，但在任何情况下都不会减少提出熵的概念因此热力学第二定律又称熵增定律。