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1、热力学发展史 第1页，共23页，编辑于2022年，星期日 热科学早期发展的概况热科学早期发展的概况 人们对热的本质及热现象的认识，经历人们对热的本质及热现象的认识，经历了一个漫长的、曲折的探索过程。了一个漫长的、曲折的探索过程。在古代，人们就知道热与冷的差别，在古代，人们就知道热与冷的差别，能够利用摩擦生热、燃烧、传热、爆炸等能够利用摩擦生热、燃烧、传热、爆炸等热现象，来达到一定的目的。热现象，来达到一定的目的。第2页，共23页，编辑于2022年，星期日 热科学的历史可以追溯到热科学的历史可以追溯到17 世纪。在世纪。在1592 1600 年间，年间，伽利略制作了人类第一个空气温度计，开始了对
2、物体的冷热程度伽利略制作了人类第一个空气温度计，开始了对物体的冷热程度（温度）进行定量测定的研究，可作为（温度）进行定量测定的研究，可作为“测温学测温学”的开端。的开端。第3页，共23页，编辑于2022年，星期日第4页，共23页，编辑于2022年，星期日 1620 年培根首先注意到，两个物体之年培根首先注意到，两个物体之间的摩擦所产生的热效应，与物体的冷热程间的摩擦所产生的热效应，与物体的冷热程度（温度）是有区别的。他认为度（温度）是有区别的。他认为“热是运动热是运动”。这可看作是，人们对这可看作是，人们对“热量热量”的本质进行科的本质进行科学学研究的开端。研究的开端。第5页，共23页，编辑于
3、2022年，星期日弗朗西斯培根第6页，共23页，编辑于2022年，星期日 在整个在整个17 17 世纪中，并没有制作出世纪中，并没有制作出复现性好的、复现性好的、可供正确测量的温度计及温标。可供正确测量的温度计及温标。在在18 18 世纪中，世纪中，“测温学测温学”有较大的有较大的突破。其中突破。其中最有价值的是，最有价值的是，1714 1714 年法伦海脱所建年法伦海脱所建立的华氏温标，立的华氏温标，以及以及1742 1742 年摄尔修斯所建立的摄氏年摄尔修斯所建立的摄氏温标（即百分温标）温标（即百分温标）。第7页，共23页，编辑于2022年，星期日 1760 1830 1760 1830
4、年间的工业革命，有力地推动了生产年间的工业革命，有力地推动了生产力的发展及社会的进步，力的发展及社会的进步，科技方面的成就也是空前辉科技方面的成就也是空前辉煌的。力学、热学、电磁学、光学及数学都有丰硕的煌的。力学、热学、电磁学、光学及数学都有丰硕的成果。特别是蒸汽机的发明和应用，直接促进了热机成果。特别是蒸汽机的发明和应用，直接促进了热机理论的研究。理论的研究。第8页，共23页，编辑于2022年，星期日 随着蒸汽机的广泛应用，随着蒸汽机的广泛应用，促使人们对水蒸气热力促使人们对水蒸气热力性质的研究及对改善蒸汽机性能的研究，从而推动性质的研究及对改善蒸汽机性能的研究，从而推动了热科学的发展了热科
5、学的发展。第9页，共23页，编辑于2022年，星期日 1848 年，开尔文根据卡诺原理，建立了与年，开尔文根据卡诺原理，建立了与工质性质无关的热力学温标，并提出采用一工质性质无关的热力学温标，并提出采用一个定义点的建议。开尔文温标的建立，使个定义点的建议。开尔文温标的建立，使“测测温学温学”与热力学基本定律之间建立了联系，是与热力学基本定律之间建立了联系，是“测温学测温学”的一个重要进展。的一个重要进展。第10页，共23页，编辑于2022年，星期日 热力学发展史，基本上就是热力学与统计力学的发展史，热力学发展史，基本上就是热力学与统计力学的发展史，约可分成四个阶段：约可分成四个阶段：一：一：1
6、7世纪末到世纪末到19世纪中叶世纪中叶 二：二：19世纪中到世纪中到19世纪世纪70年代末年代末 三：三：19世纪世纪70年末到年末到20世纪初世纪初四：四：20世纪世纪30年代到今年代到今第11页，共23页，编辑于2022年，星期日第一个阶段：第一个阶段：1717世纪末到世纪末到1919世纪中叶世纪中叶 此时期累积了大量的实验与观察此时期累积了大量的实验与观察的结的结果，并制造出蒸气机。果，并制造出蒸气机。这一阶段的热力学还留在描述热这一阶段的热力学还留在描述热力学力学的现象上，并未引进任何的数学算式。的现象上，并未引进任何的数学算式。第12页，共23页，编辑于2022年，星期日第二个阶段：
7、第二个阶段：1919世纪中到世纪中到1919世纪世纪7070年代末年代末 此阶段热力学的第一定律和第此阶段热力学的第一定律和第二定律已二定律已完全理论化。完全理论化。第13页，共23页，编辑于2022年，星期日第三个阶段：第三个阶段：1919世纪世纪7070年末到年末到2020世世纪初纪初 这个时间内，热力学诞生这个时间内，热力学诞生 。波兹曼提出。波兹曼提出系综理论建立统计力学的基础。系综理论建立统计力学的基础。第14页，共23页，编辑于2022年，星期日第四个阶段：第四个阶段：2020世纪世纪3030年代到今年代到今 主要是量子力学的引进而建立了量力统主要是量子力学的引进而建立了量力统计力
8、学，计力学，同时非平衡态理论更进一步的发展，形成了近同时非平衡态理论更进一步的发展，形成了近代理论代理论与实验物理学中最重要的一环。与实验物理学中最重要的一环。第15页，共23页，编辑于2022年，星期日热力学四定律热力学四定律热力学第零定律热力学第零定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第二定律热力学第二定律热力学第三定律热力学第三定律第16页，共23页，编辑于2022年，星期日热力学第零定律热力学第零定律 热力学第零定律热力学第零定律如果两如果两个热力学系统中的每一个都与第个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡三个热力学系统处于热平衡(温度温度相同相同)，则它们彼此也必定处于
9、热，则它们彼此也必定处于热平衡。平衡。第17页，共23页，编辑于2022年，星期日第18页，共23页，编辑于2022年，星期日 在在1919世纪早期，不世纪早期，不少人沉迷于一种神秘机少人沉迷于一种神秘机械械第一类永动机的制第一类永动机的制造，因为这种设想中的造，因为这种设想中的机械只需要一个初始的机械只需要一个初始的力量使其运转，之后不力量使其运转，之后不再需要任何动力和燃料，再需要任何动力和燃料，却能自动不断地做功。却能自动不断地做功。直至热力学第一定律发直至热力学第一定律发现后，第一类永动机的现后，第一类永动机的神话才不攻自破。神话才不攻自破。永动机是空想永动机是空想第19页，共23页，编辑于2022年，星期日能量守恒定律在热学形式的表现。热力学第一定律热力学第一定律第20页，共23页，编辑于2022年，星期日力学能可全部转换力学能可全部转换成热能，成热能，但是热能但是热能却不能以有限次的却不能以有限次的实验操作全部转换实验操作全部转换成功成功(热机不可得热机不可得)。热力学第二定律热力学第二定律第21页，共23页，编辑于2022年，星期日热力学第三定律绝对零度不绝对零度不可达到但可可达到但可以无限趋近。以无限趋近。第22页，共23页，编辑于2022年，星期日第23页，共23页，编辑于2022年，星期日