热物理学微观理论的发展历程
物理学的发展历程简介
物理学的发展历程简介按照物理学史特点，将其发展大致分期如下：①从远古到中世纪属古代时期。
②从文艺复兴到19世纪，是经典物理学时期。
牛顿力学在此时期发展到顶峰，其时空观、物质观和因果关系影响了光、声、热、电磁的各学科，甚而影响到物理学以外的自然科学和社会科学。
③随着20世纪的到来，量子论和相对论相继出现；新的时空观、概率论和不确定度关系等在宇观和微观领域取代牛顿力学的相关概念，人们称此时期为近代物理学时期。
1. 古代物理学时期这一时期是从公元前8世纪至公元15世纪，是物理学的萌芽时期。
无论在东方还是在西方，物理学还处于前科学的萌芽阶段，严格的说还不能称其为“学”。
物理知识一方面包含在哲学中，如希腊的自然哲学，另一方面体现在各种技术中，如中国古代的科技。
这一时期的物理学有如下特征：在研究方法上主要是表面的观察、直觉的猜测和形式逻辑的演绎；在知识水平上基本上是现象的描述、经验的肤浅的总结和思辨性的猜测；在内容上主要有物质本原的探索、天体的运动、静力学和光学等有关知识，其中静力学发展较为完善；在发展速度上比较缓慢，社会功能不明显。
这一时期的物理学对于西方又可分为两个阶段，即古希腊-罗马阶段和中世纪阶段。
(1)、古希腊-罗马阶段（公元前8世纪至公元5纪）。
主要有古希腊的原子论、阿基米德（公元前287-公元前212）的力学、托勒密（约90-168）的天文学等。
(2)\中世纪阶段（公元5世纪至公元15世纪）。
主要有勒·哈增,约965-1038）的光学、冲力说等。
2. 近代物理学时期又称经典物理学时期, 这一时期是从16世纪至19世纪，是经典物理学的诞生、发展和完善时期。
物理学与哲学分离，走上独立发展的道路，迅速形成比较完整严密的经典物理学科学体系。
这一时期的物理学有如下特征：在研究方法上采用实验与数学相结合、分析与综合相结合和归纳与演绎相结合等方法；在知识水平上产生了比较系统和严密科学理论与实验；在内容上形成比较完整严密的经典物理学科学体系；在发展速度上十分迅速，社会功能明显，推动了资本主义生产与社会的迅速发展。
热力学发展简史
热力学发展简史热力学是研究能量转化和传递的一门科学，它涉及到热、功和能量等概念。
本文将为您详细介绍热力学的发展历程，从早期的观察和实验开始，向来到现代热力学的应用和研究。
1. 早期观察和实验热力学的起源可以追溯到古代，当时人们对热和能量的转化已经有了一些基本的认识。
例如，古希腊的哲学家们认为热是一种物质，称之为“火元素”。
然而，直到17世纪末，热力学的真正研究才开始。
2. 卡诺循环和热力学第一定律在1824年，法国工程师卡诺提出了卡诺循环，这是热力学的一个重要里程碑。
卡诺循环是一种理想的热机循环，它揭示了热能转化为功的原理。
卡诺还提出了热力学第一定律，即能量守恒定律，能量可以从一种形式转化为另一种形式，但总能量保持不变。
3. 热力学第二定律和熵19世纪中叶，热力学第二定律的提出进一步推动了热力学的发展。
热力学第二定律指出，热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体，而是自发地从高温物体传递到低温物体。
这个定律为热力学提供了一个方向性，即热量总是从高温区域流向低温区域。
熵是热力学中一个重要的概念，它用来描述系统的无序程度。
熵的增加与系统的无序程度增加是相对应的。
熵的概念使得热力学可以应用于更广泛的领域，如化学反应、生物学和信息论等。
4. 热力学的应用热力学在工程、物理学和化学等领域都有广泛的应用。
在工程领域，热力学被用于设计和优化热机、制冷系统和发电厂等。
在物理学中，热力学被用于研究物质的相变和热力学性质。
在化学领域，热力学被用于研究化学反应的热效应和平衡条件。
5. 热力学的发展和未来随着科学技术的不断进步，热力学的研究也在不断发展。
现代热力学已经发展出了许多新的理论和方法，如非平衡热力学和统计热力学等。
非平衡热力学研究的是非平衡态下的热力学性质，而统计热力学则通过统计方法研究大量微观粒子的行为来推导宏观热力学性质。
未来，热力学的研究将继续深入，并与其他学科相结合，如量子力学和信息科学等。
这将为我们理解能量转化和传递的规律提供更深入的认识，也将为我们解决能源和环境等重大问题提供更多的解决方案。
物理学发展历程
物理学发展历程一、古代物理学的发展在古代，人们对物质和运动的规律进行了观察和研究。
早期的物理学思想主要由古希腊的哲学家提出，如柏拉图和亚里士多德等。
他们提出了关于天体和物质的各种假设和观点，但缺乏实验证据。
二、实证主义的兴起17世纪，随着实证科学的兴起，物理学开始朝着实证主义的方向发展。
伽利略·伽利莱通过实验和观察，发现了自由落体和摆钟的规律，提出了相对运动的概念。
他的研究方法成为了现代物理学的基础。
三、牛顿力学的建立17世纪末，艾萨克·牛顿提出了力学的基本原理，即牛顿三定律。
他运用数学工具，成功描述了天体运动的规律，并建立了经典力学的体系。
牛顿力学成为了物理学的基石，为后续学科奠定了基础。
四、电磁学和热力学的发展18世纪末到19世纪初，由法拉第、欧姆、安培等科学家的研究，奠定了电磁学的基础。
迈克尔·法拉第提出了电磁感应定律和电磁场的概念，从而建立了电磁学的基本理论。
与此同时，热力学的发展也取得了重要进展。
提出了能量守恒和熵增原理等基本理论，解释了热现象的本质，为工业革命和能源应用做出了贡献。
五、相对论和量子力学的出现20世纪初，爱因斯坦提出了狭义相对论和广义相对论，颠覆了牛顿力学的观念，提出了时间和空间的相对性以及引力的几何描述。
此后，量子力学的出现进一步挑战了经典物理学的观念，揭示了微观世界的奇特规律。
六、现代物理学的发展21世纪，物理学正朝着更深入、更广泛和更应用的方向发展。
许多新领域的研究涉及基本粒子物理学、宇宙学、量子计算和纳米技术等。
尽管我们对宇宙和微观世界的理解仍有限，但不断的实验和理论推动着物理学的前进。
热力学发展简史
热力学发展简史热力学是研究热能转化和传递的物理学分支，它的发展历程可以追溯到18世纪末。
以下将详细介绍热力学的发展历史。
1. 开始阶段（18世纪末-19世纪初）热力学的起源可以追溯到18世纪末，当时研究者开始探索热量和机械能之间的关系。
最早的研究者之一是法国物理学家尼古拉·卡诺，他在1824年提出了卡诺热机理论，奠定了热力学的基础。
同时，英国物理学家约翰·道尔顿也提出了“热量是物质微粒的运动形式”的观点，这对热力学的发展有着重要的影响。
2. 热力学第一定律的建立（19世纪中期）19世纪中期，热力学第一定律的建立标志着热力学理论的重要进展。
德国物理学家朱尔斯·冯·迈耶在1842年提出了能量守恒定律，即热力学第一定律。
他认为，能量可以从一种形式转化为另一种形式，但总能量守恒。
此后，热力学第一定律成为研究能量转化和传递的基本原理。
3. 热力学第二定律的提出（19世纪中后期）19世纪中后期，热力学第二定律的提出进一步推动了热力学理论的发展。
热力学第二定律描述了热量的自发流动方向，即热量只能从高温物体流向低温物体。
热力学第二定律的提出由多位科学家共同完成，其中包括克劳修斯、开尔文和卡诺等人。
他们的研究成果为热力学第二定律的确立奠定了基础。
4. 统计热力学的发展（19世纪末-20世纪初）19世纪末至20世纪初，统计热力学的发展成为热力学领域的重要研究方向。
统计热力学是热力学和统计力学的结合，通过统计方法研究微观粒子的运动和性质。
奥地利物理学家路德维希·玻尔兹曼是统计热力学的先驱者之一，他提出了著名的玻尔兹曼方程，解释了气体分子的运动规律，并对热力学第二定律进行了微观解释。
5. 热力学的应用与发展（20世纪）20世纪，热力学的应用范围不断扩大，成为众多领域的基础理论。
热力学在化学、工程、材料科学等领域的应用日益广泛。
例如，热力学在化学反应动力学研究中起到重要作用，可以预测反应速率和平衡常数。
热力学和统计物理学的发展
热力学和统计物理学的发展引言热力学和统计物理学是理论物理学的两个重要分支。
它们研究的是物质的宏观行为和微观结构之间的关系。
热力学研究的是宏观系统的热力学性质，而统计物理学则研究的是微观粒子的统计规律。
本文将重点介绍热力学和统计物理学的发展历程，以及这两个领域的主要研究内容和应用。
热力学的发展热力学的起源可以追溯到18世纪末。
当时，人们开始对蒸汽机和其他热机进行研究，试图理解它们的工作原理。
热力学最初的发展是基于实验观察和经验定律。
其中最著名的是热力学的三大定律，分别是能量守恒定律、热量传递定律和熵增加定律。
19世纪，热力学得到了更加系统和深入的研究。
玻尔兹曼在统计热力学的研究中提出了熵的微观解释，为热力学的理论奠定了基础。
此后，热力学的发展逐渐变得理论化和数学化。
另外，卡诺循环和热效率的研究也为热力学的进一步发展提供了重要的概念和方法。
20世纪初，随着量子力学的发展，热力学逐渐与量子理论相结合，形成了量子统计热力学的研究领域。
热力学的第二定律也得到了更深入的解释和理解，并与信息论的发展相结合，形成了热力学中的信息理论。
统计物理学的发展统计物理学是研究物质的微观粒子的统计规律和宏观行为之间的关系。
它的发展可以追溯到19世纪。
早期的统计物理学主要集中在气体分子运动的研究上。
玻尔兹曼提出了著名的玻尔兹曼分布定律，描述了气体分子的分布情况。
熵的微观解释也为统计物理学的发展提供了重要的理论基础。
20世纪初，量子统计的理论为统计物理学提供了新的发展方向。
费米-狄拉克统计和玻色-爱因斯坦统计的提出，为粒子的统计规律提供了量子解释。
统计物理学的研究领域也逐渐扩大，包括固体物理、液体物理和凝聚态物理等。
在统计物理学的发展过程中，也涌现出了一些重要的理论和方法。
例如，近似方法、平均场理论、封闭包理论等。
这些方法和理论的应用，为研究复杂系统和非平衡态物理提供了重要的工具。
热力学和统计物理学的应用热力学和统计物理学的研究不仅在理论物理学领域具有重要意义，也在许多实际应用中发挥着重要作用。
(完整版)物理学发展简史
欢迎共阅一、古典物理学与近代物理学：1、古典物理学：廿世纪以前所发展的物理学称为古典物理学，以巨观的角度研究物理，可分为力学、热学、光学、电磁学等主要分支。
2、近代物理学：廿世纪以后(1900年卜朗克提出量子论后)所发展的物理学称为近代物理学，以微观的角度研究物理，量子力学与相对论为近代物理的两大基石。
理12341)和化(1)半导体制成晶体管，体积小、耗电量少，具有放大电流讯号功能。
(2)半导体制成二极管具整流能力。
(3)集成电路(IC)：(A)1958年发展出「集成电路」技术，系利用长晶、蚀刻、蒸镀等方式于一小芯片上容纳上百万个晶体管、二极管、电阻、电感、电容等电子组件之技术，而此电路即称为集成电路。
(B)IC之特性：体积小、效率高、耗电低、稳定性高、可大量生产。
(C)IC之应用：计算机、手机、电视、计算器、手表等电子产品。
(4)计算机信息科技之扩展大辐改变了人类的生活习惯，故俗称第二次工业革命。
2、雷射：(一)原理：利用爱因斯坦「原子受激放射」理论，诱发大量原子由受激态同时做能态之跃迁并放射同频率之光子，藉以将光加以增强。
(二)特性：聚旋光性好、强度高、光束集中、频率单一(单色光)。
(三)应用：(1)工业上：测量、切割、精密加工……(2)医学上：切割手术(肿瘤、近视)……(3)军事上：定位、导引……(4)生活、娱乐上：激光视盘、光纤通讯……3、光纤：(一)光纤：将高纯度石英熔融抽丝制成极细之圆柱体，柔软可挠曲，含内层(纤芯)及外层(包层)两层。
(二)原理：纤芯之折射率大于包层，光讯号以特定角度射入纤芯之一端后，因连续之全反射而传递至另一端。
(三)特性：(核2。
(1)向量：兼具大小及方向性者，如：速度、力……(2)纯量：仅具大小无方向性者，如：体积、时间、功……(二)依定义方式而分：(1)基本量：由基本概念定义而出之物理量，共有时间、长度、质量、电流、温度、发光强度(光度)、物质的量(物量)七种。
物理学发展简史
物理学发展简史物理学是一门研究自然界最基本规律和物质运动的科学，它涵盖了从微观领域的粒子物理学到宏观领域的天体物理学的广泛范围。
以下是物理学发展的简史。
1. 古代物理学古代物理学起源于古希腊，早期的物理学家主要是哲学家。
他们提出了一些关于自然界的基本观点和理论，如亚里士多德的四元素理论和地心说。
然而，这些理论主要是基于推理和观察，缺乏实验验证。
2. 实验物理学的兴起随着科学方法的发展，实验物理学开始兴起。
伽利略·伽利莱是实验物理学的奠基人之一，他进行了一系列著名的实验，如斜面实验和自由落体实验，为物理学的发展奠定了基础。
3. 牛顿力学的建立17世纪末，艾萨克·牛顿提出了经典力学的三大定律，即牛顿定律。
这些定律描述了物体的运动和力的作用关系，成为物理学的重要里程碑。
此外，牛顿还提出了万有引力定律，解释了行星运动和物体受力的原理。
4. 热力学和统计物理学的发展18世纪末和19世纪初，热力学和统计物理学开始崭露头角。
詹姆斯·瓦特和萨迪·卡诺提出了热力学的基本原理，揭示了热量和能量的转化关系。
而鲁道夫·克劳修斯和路德维希·玻尔兹曼则发展了统计物理学，通过统计分析粒子的运动和行为，解释了宏观物质的性质。
5. 电磁学的建立19世纪中叶，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦提出了电磁场理论，将电学和磁学统一在一起。
他的方程组描述了电磁波的传播和电磁感应现象，为电磁学的发展奠定了基础。
这一理论的重要性在于揭示了光是电磁波的一种形式。
6. 相对论和量子力学的革命20世纪初，爱因斯坦提出了狭义相对论和广义相对论，彻底改变了人们对时空的认识。
狭义相对论描述了高速运动物体的行为，广义相对论则描述了引力的本质。
与此同时，量子力学的发展也引起了物理学的革命。
马克斯·普朗克、阿尔伯特·爱因斯坦、尼尔斯·玻尔等物理学家提出了量子力学的基本原理，解释了微观领域的粒子行为。
物理学发展简史
一、古典物理学与近代物理学：1、古典物理学：廿世纪以前所发展的物理学称为古典物理学,以巨观的角度研究物理,可分为力学、热学、光学、电磁学等主要分支.2、近代物理学：廿世纪以后1900年卜朗克提出量子论后所发展的物理学称为近代物理学,以微观的角度研究物理,量子力学与相对论为近代物理的两大基石.一、古典物理学对人类生活的影响：1、力学：简单机械杠杆、轮轴、滑轮、斜面、螺旋、劈……2、光学：一反射原理：1平面镜：镜子……2凹面镜：手电筒、车灯、探照灯……3凸面镜：路口、商店监视镜……二折射原理：1凸透镜：放大镜、显微镜、相机……2凹透镜：眼镜、相机……3、热学：蒸汽机、内燃机、引擎、冰箱、冷暖气机……4、电学：一利用电能运作：一般电器用品,如：电视机、冰箱、洗衣机……二利用电磁感应：发电机、变压器……三利用电磁波原理：无线通讯、雷达……二、近代物理学对人类生活的影响：1、半导体：一半导体：导电性介于导体和绝缘体间之一种材料,可分为元素半导体如：硅、锗等和化合物半导体如：砷化镓等两种.二用途：1半导体制成晶体管,体积小、耗电量少,具有放大电流讯号功能.2半导体制成二极管具整流能力.3集成电路IC：A1958年发展出「集成电路」技术,系利用长晶、蚀刻、蒸镀等方式于一小芯片上容纳上百万个晶体管、二极管、电阻、电感、电容等电子组件之技术,而此电路即称为集成电路.BIC之特性：体积小、效率高、耗电低、稳定性高、可大量生产.CIC之应用：计算机、手机、电视、计算器、手表等电子产品.4计算机信息科技之扩展大辐改变了人类的生活习惯,故俗称第二次工业革命.2、雷射：一原理：利用爱因斯坦「原子受激放射」理论,诱发大量原子由受激态同时做能态之跃迁并放射同频率之光子,藉以将光加以增强.二特性：聚旋光性好、强度高、光束集中、频率单一单色光.三应用：1工业上：测量、切割、精密加工……2医学上：切割手术肿瘤、近视……3军事上：定位、导引……4生活、娱乐上：激光视盘、光纤通讯……3、光纤：一光纤：将高纯度石英熔融抽丝制成极细之圆柱体,柔软可挠曲,含内层纤芯及外层包层两层.二原理：纤芯之折射率大于包层,光讯号以特定角度射入纤芯之一端后,因连续之全反射而传递至另一端.三特性：1通讯容量大频宽较大,约为传统铜线之10倍以上.2重量轻、价格便宜.3传输过程中耗能低,利于长程传输.4不受干扰,保密性佳.四应用：通讯.4、核能发电：一核能：较大原子核发生分裂核裂变,如：核弹、核电厂内部或较小原子核发生融合核聚变,如：氢弹、太阳内部时,因生成物质量减少而转变成能量,此能量称为核能.二原理：质量与能量之转换遵守爱因斯坦狭义相对论中之「质能互换公式」：2E mc=.三过程：利用铀235在可控制的情形下进行核分裂反应,产生之核能转变成热能使水变成水蒸气后,推动发电机产生电能,核能⇒热能⇒动能⇒电能.5、超导体：一超导体：1908年翁内斯发现部份物质于某特定温度临界温度T以下,c其电阻完全消失,此时此物称为超导体.二特性：超导体具有「零电阻」及「完全反磁性」之特性.三高温超导体：1987年朱经武、吴茂昆发现钇钡铜氧化物之临界温度约为92K,高于液态氮之沸点77K,称为「高温超导体」.四应用：超强力磁铁、磁浮列车.一、物理量：1、定义：物理学上所使用的量.2、分类：一依有无方向性而分：1向量：兼具大小及方向性者,如：速度、力……2纯量：仅具大小无方向性者,如：体积、时间、功……二依定义方式而分：1基本量：由基本概念定义而出之物理量,共有时间、长度、质量、电流、温度、发光强度光度、物质的量物量七种.2导出量：由基本量所定义出之物理量,如：体积、面积、速度等. 3物理学力学上最常用的三个基本量：时间、长度、质量.二、测量：1、定义：将待测物理量与一标准量做比较的过程.2、结果：⎧⎧⎫⎪⎨⎬⎨⎩⎭⎪⎩準確值 數值有效數字測量結果一位估計值單位 3、科学记号：将一数字化为n a 10(1a 10)⨯≤<之形式,称为科学记号.4、数量级：一数化为科学记号后一若a 3.16≥≈,则其数量级为n 110+ 二若a 3.16<≈,则其数量级为n 10三、单位：1、定义：物理量之比较标准.2、条件：单位须具「恒常性」及「方便性」.3、SI 单位：国际度量衡局选定七个基本量之单位基本单位作为单位系统之基础,简称SI 单位,亦称为公制单位.45、辅助前缀：一意义：置于单位前方,用以表示极大或极小物理量之符号.四、物理学三大基本量之测量及单位：1、时间之测量及单位：一秒之定义：11967年前：A定义：以太阳日为标准.地球上任一点连续2次对正太阳之时间间隔称为太阳日,一年内太阳日之平均值称为平均太阳日,再将一平均太阳日分为24小时,1小时分为60分,1分分为60秒,故1秒1=平均太阳日.86400B缺点：a平均太阳日逐年改变.b使用不便.21967年后：原子间之振动具良好之恒常性,故国际度量衡局于1967年会议中,选定了以铯原子之某一固定振动70次的时间定义为1秒,此标准沿用至今.二单摆之等时性：1当单摆之摆角不大摆角<︒时,其周期T25=只与摆长有关.g2周期T2=秒之单摆称为秒摆,其摆长1m≈三半衰期半生期τ：1定义：放射性物质衰变数量达原来总数之一半即剩下一半尚未衰变所需的时间,称为半衰期或半生期.2公式：设半衰期为τ之某放射性物质原数量为0N ,经过时间t 后,剩下数量为N,则：τ=t 210)(N N 3应用：利用物体所含C 14之浓度可鉴定其年代.2、长度之测量及单位： 一公尺之定义： 118世纪：以北极经巴黎至赤道的子午线长之一千万分之一为1公尺,并以此标准制作了一标准尺铂铱合金棒.21889年后：因标准尺长之一千万倍不等于子午线长,遂改以标准尺为1公尺之标准,其缺点为易受环境影响.31961年：国际间同意将公尺之标准改订为氪的同位素所发出某一特定光的波长的倍.41983年：国际度量衡会议决议将光在真空中8分之一秒所行之距离定义为1公尺.二常用特殊长度单位：1光年.：光在一年中所行之距离159.4610m ≈⨯.2天文单位.：地球绕日公转轨道之平均半径111.4910m ≈⨯500光秒 3埃oA ：o101A 10m -≈,常用于表示原子之大小.3、质量之测量及单位： 一公斤之定义： 11889年前：A 定义：定义4C ︒、1公升之纯水其质量为1公斤.B 缺点：a 纯水取得不易.b 易受环境温度影响.21889年后：国际度量衡会议决议采用铂铱合金制之「公斤原器」为1公斤之标准.4五、密度ρ之测量：1、密度之定义：单位体积中所含的质量.2、公式：M()V=ρ=質量密度體積 3、质量可由天平测得.4、形状规则之物体如：正立方体、长方体、圆柱体等体积可由边长测量求出,形状不规则之物体其体积则可用「排水法」求出.5、单位： 一SI 制：3kg m二常用：3gcm 三换算：33g kg 11000cm m =。
热力学发展简史
热力学发展简史热力学是研究能量转化和传递的物理学分支，它探讨了热、功和能量的关系，以及物质在不同条件下的行为。
本文将为您详细介绍热力学的发展历程，从其起源开始，一直到现代热力学的重要理论和应用。
一、热力学的起源热力学的起源可以追溯到18世纪，当时人们对于热的本质和热量传递的机制产生了兴趣。
最早的热力学理论由苏格兰物理学家詹姆斯·瓦特（James Watt）提出，他研究了蒸汽机的工作原理，并提出了蒸汽的压力和体积之间的关系。
这一研究为后来的热力学奠定了基础。
二、卡诺循环和热力学第一定律19世纪初，法国工程师尼古拉·卡诺（Nicolas Carnot）提出了卡诺循环理论，这是热力学的重要里程碑。
卡诺循环是一种理想化的热机循环，它描述了热量和功的转化过程。
卡诺循环的研究使得人们对于能量守恒定律有了更深入的理解，这被称为热力学第一定律。
三、热力学第二定律和熵热力学第二定律是热力学的核心概念之一，它描述了热量在不同温度下的传递方向。
在19世纪中叶，德国物理学家鲁道夫·克劳修斯（Rudolf Clausius）和英国物理学家威廉·汤姆逊（William Thomson）独立提出了热力学第二定律的形式化表述。
克劳修斯引入了熵（entropy）的概念，将其定义为系统的无序程度。
熵增定律指出，孤立系统的熵总是增加的，这对于能量转化和宇宙演化有着重要的意义。
四、统计热力学和玻尔兹曼熵19世纪末，奥地利物理学家路德维希·玻尔兹曼（Ludwig Boltzmann）通过统计方法解释了熵的微观本质，提出了玻尔兹曼熵（Boltzmann entropy）的概念。
玻尔兹曼熵将熵与分子的微观状态数相关联，揭示了热力学定律与统计力学的联系。
这一理论的发展极大地推动了热力学的进展，并为后来的量子力学提供了重要的启示。
五、热力学的应用热力学的理论和方法在科学和工程领域有着广泛的应用。
热力学发展简史
热力学发展简史热力学是一门研究能量转化和传递规律的科学，它的发展经历了漫长的历史进程。
本文将为您详细介绍热力学的发展历程，从早期的热学到现代热力学的发展，为您呈现一个热力学发展的简史。
一、热学的起源热学的起源可以追溯到古希腊时期，当时人们对于热现象有着一些基本的认识。
例如，希腊哲学家柏拉图和亚里士多德认为热是一种物质，称之为“火”的元素。
然而，直到17世纪，热学才真正开始发展为一门科学。
二、卡尔文和热学定律17世纪初，德国物理学家卡尔文提出了热学定律，奠定了热学的基础。
他发现了热传递的三种方式：传导、对流和辐射，并提出了热量守恒定律和热力学第一定律，即能量守恒定律。
三、卡诺和热力学第二定律19世纪初，法国工程师卡诺提出了热力学第二定律，揭示了热能转化的不可逆性。
他发现了热机的效率上限，即卡诺循环效率。
这一发现对于后来热力学的发展有着重要的影响。
四、克劳修斯和热力学第三定律19世纪末，德国物理学家克劳修斯提出了热力学第三定律，解决了低温下热力学性质的难题。
他发现在绝对零度下，物质的熵将趋于零，这一定律为后来的低温物理学和凝聚态物理学的发展提供了理论基础。
五、玻尔兹曼和统计热力学19世纪末，奥地利物理学家玻尔兹曼提出了统计热力学，将热力学现象与微观粒子的运动联系起来。
他提出了熵的统计定义，并发展了玻尔兹曼方程，解释了气体的热力学性质。
六、现代热力学的发展20世纪初，热力学得到了广泛的应用和发展。
热力学的基本概念和定律被应用于工程、化学、生物等领域。
随着科学技术的进步，热力学的研究范围不断扩大，涉及到更加复杂的系统和现象。
七、热力学的应用热力学的应用广泛存在于我们的日常生活和各个领域。
例如，汽车发动机、空调、冰箱等都是基于热力学原理工作的。
在工业生产中，热力学的应用也非常重要，例如化工过程、能源转换等。
八、热力学的未来发展随着科学技术的不断进步，热力学在未来的发展中将面临新的挑战和机遇。
热力学的研究将更加注重对复杂系统和非平衡态的理解，以及对能量转化和传递过程的优化和控制。
第一章 热力学的基本规律
宏观理论
（热力学）
微观理论
（统计物理学） 热现象 微观量
研究对象 物 理 量
热现象 宏观量
出 发 点
方 法 优 点
观察和实验
总结归纳 逻辑推理 普遍，可靠 不深刻
微观粒子
统计平均方法 力学规律 揭露本质
缺 点
二者关系
无法自我验证
热力学验证统计物理学， 统计物理学揭示热力学本质
第一章 热力学的基本规律
几种物质的物态方程： １、理想气体状态方程 Ｍ ＰＶ＝nＲＴ（＝ m ＲＴ） a （p＋ v２）（v－b）＝ＲＴ
引力修正 斥力修正
２、范德瓦耳斯方程（１mol）
（n mol）（p＋n2a２ ）（v－nb）＝nＲＴ v ３、昂尼斯物态方程（ １mol级数形式） ＰＶ＝Ａ＋Ｂρ＋Ｃρ ＋Ｄρ ＋．．．
二、热力学平衡状态 一个孤立系统，不论其初态如何复杂，经过足够长的时间 后，将会到达这样的状态， 系统的各种宏观性质在长时间内
不发生任何变化，这样的状态称为热力学平衡态。 其特点： 1、不限于孤立系统 2、弛豫时间 3、涨落 4、热动平衡
三、状态参量 用于描述系统的平衡状态的量称为状态参量。 系统的平衡状态就是由它的宏观物理量——状态参量的数 值确定的。 常用状态参量： 几何参量 如 体积V 力学参量 如 压强P 化学参量 如 各组分的质量和摩尔数 电磁参量 如 电场强度、电极化强度
三、对无摩擦阻力准静态过程，外 界对系统的作用力，可以用描写系 统平衡状态的参量表示出来。
O
V
四、准静态过程在状态图上可用一条曲线表示.
二、功
功不是能量的形式，而是能量变化的一种量度，它是 一个过程量，没有过程也就谈不上功。 准静态过程中，当系统有了微小的体积变化d V时， 外界对系统所作的功
物理学史2.7 分子运动论的发展
2.7分子运动论的发展分子运动论是热学的一种微观理论，它是以分子的运动来解释物质的宏观热性质。
它根据的两个基本概念：一个是物质是由大量分子和原子组成的；另一个是热现象是这些分子无规则运动的一种表现形式。
这两个基本概念的起源可以追溯到17世纪，甚至在古希腊的自然哲学家那里也可以找到思想萌芽。
古代自然哲学家们往往用朴素的原子假说来解释物质世界。
公元前6世纪时，泰勒斯（Thales，公元前640—546）就假想自然界的物质全是由水和水变成的各种物质组成，例如：土是水凝固而成；空气是水稀释而成；火则是由空气受热而成。
赫拉克利特（Heraclitus）则以土、气、火、水作为物质组成的四种元素。
后来，德漠克利特（Democritus，公元前460—371，）认为物质皆由各种不同的微粒组成。
2.7.1早期的分子运动论分子运动论的兴起，与原子论的复活有密切联系。
1658年伽桑狄（Gassendi）提出物质是由分子构成的，他假设分子能向各个方向运动，并由此出发解释气、液、固三种物质状态。
波意耳在1662年从实验得到了气体定律，他对分子运动论的贡献主要是引入了压强的概念，并提出了关于空气弹性的定性理论。
他把气体粒子比作固定在弹簧上的小球，用空气的弹性解释气体的压缩和膨胀，从而定性地说明了气体的性质。
牛顿对波意耳定律也作过类似的说明，他认为：气体压强与体积成反比的原因是由于气体粒子对周围的粒子有斥力，而斥力的大小与距离成反比。
胡克则把气体压力归因于气体分子与器壁的碰撞。
由此可见，17世纪已经产生了分子运动论的基本概念，能够定性地解释一些热学现象。
但是在18世纪和19世纪初，由于热质说的兴盛，分子运动论受到压抑，发展的进程甚为缓慢。
最早对热是一种运动提出确定数量关系的是瑞士人赫曼（J.Hermann，1678—1733）。
早在1716年他提出一个理论，认为①：“成分相同的物体中的热是热体的密度和它所含粒子的乱运动的平方以复杂的比例关系组成。
热力学发展阶段
热力学发展阶段热力学作为物理学的一个分支，主要研究热现象中的能量转化和平衡的规律。
其发展历程可以分为以下几个阶段：一、经典热力学阶段经典热力学，也称为热力学的初创阶段，起始于18世纪中叶。
这个阶段的主要特点是基于实验观察和经验总结，形成了热力学的初步理论框架。
其标志性的成果包括：发现了热力学第零定律、第一定律和第二定律，奠定了热力学的理论基础。
此外，这个阶段还出现了许多重要的概念，如温度、热量、熵等，这些概念至今仍然是热力学的基本概念。
二、统计热力学阶段统计热力学，也称为微观热力学，起始于19世纪末。
这个阶段的主要特点是引入了微观粒子（如分子、原子）的概念，从微观角度研究热现象的本质。
其标志性的成果包括：提出了麦克斯韦速度分布律、玻尔兹曼熵公式等，这些理论从微观角度解释了宏观热现象的规律。
统计热力学的出现，使得人们对热现象的理解更加深入，也使得热力学的发展更加完善。
三、量子热力学阶段量子热力学，起始于20世纪初。
这个阶段的主要特点是引入了量子力学的概念，从微观角度研究热现象的本质。
其标志性的成果包括：提出了量子统计学的概念，建立了费米-狄拉克分布和玻色-爱因斯坦分布等理论，这些理论从微观角度解释了低温下物质的热性质。
量子热力学的出现，进一步丰富了热力学的理论框架，也使得人们对热现象的理解更加深入。
四、信息热力学阶段信息热力学，起始于20世纪中叶。
这个阶段的主要特点是引入了信息熵的概念，从信息角度研究热现象的本质。
其标志性的成果包括：提出了最大熵原理、最小相对熵原理等理论，这些理论从信息角度解释了物质的各种热性质。
信息热力学的出现，进一步拓宽了热力学的应用领域，也使得人们对热现象的理解更加全面。
总之，热力学的发展经历了经典热力学、统计热力学、量子热力学和信息热力学四个阶段。
这四个阶段的理论成果相互补充、相互完善，形成了完整的热力学理论体系。
随着科学技术的发展，相信未来还会有更多的理论和应用成果涌现出来，推动热力学的进一步发展。
我国工程热物理学科的发展历程
我国工程热物理学科的发展历程说到我国工程热物理学科的发展历程，可得好好捋一捋。
从最初的雏形到如今的高大上，这可真是一条波澜壮阔的路。
回想当年，咱们国家的工程热物理学科刚起步时，大家可没什么高端设备，也没啥顶尖人才。
那时候的科研人员可以说是“穷得只剩下梦想”了，顶多就是靠几个简单的设备，靠一堆“死磕”的精神，硬是把这一学科从小草地上拔出来，开始在广阔的科研天地里扎根。
说白了，那时的工程热物理学科，就像是一颗种子，虽然小，但有着无限的潜力。
毕竟当时社会的发展需求急迫，咱们国家正处于大力建设和工业化的关键阶段。
大家都知道，工业化离不开热能、热交换这类基础性问题，这也正是工程热物理学科所要解决的核心问题。
没有这些，机器设备就像是没发动机的车，怎么走得动？所以，这个学科虽然刚开始还不起眼，但从那时起，它就开始在中国的科研领域里埋下了种子。
然后，随着时间的推移，这个学科渐渐成熟。
到了20世纪五六十年代，特别是我们国家进行了大规模的工业化建设后，工程热物理学科就进入了高速发展的快车道。
特别是在能源领域，国内的科研团队真的是“拼了命”地赶超国际先进水平。
大家听说过“以实验为主，理论为辅”这种科研方法吧？那个时期，咱们的科研人员几乎是通过大量的实验，一点一点积累经验，摸索出了一条适合我国国情的发展道路。
要说那会儿的科研，真的是没得说，一点点积累，一步步前行。
到80年代，改革开放的春风一吹，咱们的工程热物理学科也迎来了新的机遇。
科研环境改善了，国家对科技创新的支持力度加大了。
与此同时，国内外的交流变得更加频繁，国外的先进理念和技术也开始逐步传入，带动了我国热物理学科的飞速进步。
说实话，那时候的科研人员也是抓住了机会，迅速将一些世界领先的技术引进来，用最短的时间赶上了国际先进水平。
就像是一个学生，前期可能有些落后，但一旦抓住了方法和窍门，后头的追赶速度可真是飞快。
再往后，进入21世纪，随着科技的飞速发展，尤其是能源与环境问题日益突显，工程热物理学科的重要性愈发凸显。
热学的发展历程分析
热学的发展历程分析热学是物理学的一个重要分支，研究热现象和热力学。
其发展历程可以追溯到古希腊时期，然而，在过去的几个世纪里，热学经历了许多重要的里程碑事件，逐渐形成了现代热学的框架和理论。
本文将对热学的发展历程进行分析。
热学的起源可以追溯到古希腊时期的自然哲学家。
他们通过观察和实验发现，当物体被加热时，会发生温度的变化以及热量的传递。
这些早期哲学家包括赫拉克利特、希波克拉底和亚里士多德，在他们的研究中提出了一些关于热的基本观念。
然而，直到17世纪，随着科学方法和实验技术的发展，热学才真正开始成为一个独立的学科。
伽利略是最早研究热学的科学家之一，他观察到物体被加热时体积会扩大，并提出了热膨胀的概念。
17世纪末，爱尔兰的物理学家波义耳进一步研究了热膨胀，并提出了“温度”这个概念。
18世纪是热学发展的重要里程碑时期。
约瑟夫·布莱兹帕斯首次量化了热量，提出了“热量守恒定律”，即热量不会被创造或销毁，只会从一个物体传递到另一个物体。
拉瓦锡在20世纪早期进一步发展了热学原理，提出了“无颂公设”和“热力学第一定律”。
同时，他也研究了热机和热机效率的理论，为蒸汽机和内燃机的发展提供了理论基础。
19世纪末至20世纪初，热学经历了两个重要的发展方向：统计热力学和热辐射。
玻尔兹曼和吉布斯的统计热力学奠定了热学分子动理论的基础，解释了气体的热力学性质和热平衡的微观基础。
此外，普朗克的量子理论对热辐射的研究也是热学发展的重要部分。
他发现，热辐射的能量与频率呈线性关系，并提出了能量子的概念。
随着科学技术的不断进步，热学的研究又有了新的发展。
20世纪中叶以来，熵的概念被引入热学中，为热力学第二定律的理解提供了基础。
热力学第二定律说明了热量自然地从高温物体流向低温物体的趋势，并提出了不可逆过程的概念。
这为热工学的发展奠定了基础，应用于工程和技术领域。
总的来说，热学的发展历程可以追溯到古希腊时期，经历了伽利略、波义耳、拉瓦锡、玻尔兹曼等科学家的贡献。
物理学习的奇妙旅程从微观到宏观探索世界的结构
物理学习的奇妙旅程从微观到宏观探索世界的结构物理学习的奇妙旅程：从微观到宏观探索世界的结构物理学作为自然科学的一门重要学科，通过研究物质和能量的基本规律，揭示了自然界的奥秘。
学习物理学，就像踏上一场奇妙的旅程，从微观到宏观，我们可以深入探索世界的结构，从而更好地理解和改变我们身边的一切。
一、微观世界的奥秘微观世界是物理学探索的起点，它涉及到物质的最基本构成和微观粒子的运动规律。
原子和分子是构成物质的基本单元，它们之间的相互作用决定了物质的性质和行为。
在微观世界中，我们需要了解原子核的结构、电子的轨道分布以及粒子之间的相互作用力，这些知识将帮助我们理解化学反应、材料的性质等重要概念。
量子力学是研究微观世界的物理理论，它揭示了微观粒子的行为方式和性质。
学习量子力学，我们将遇到波粒二象性、不确定性原理等概念，这些概念挑战着我们对世界的常识和直觉。
然而，正是这种挑战，使我们能够更深入地理解微观世界的规律，并为诸如量子计算、量子通信等领域的科学与技术发展奠定基础。
二、宏观世界的物理规律微观世界是宏观世界的基础，它们之间存在着紧密的联系。
当我们从微观世界跳跃到宏观世界时，物理规律的尺度和表现形式都发生了变化。
而这种变化，正是我们探索世界的乐趣所在。
力学是研究宏观物体运动和力的学科。
从牛顿力学到相对论力学，我们对物体的运动轨迹、速度和加速度等的研究，让我们对运动世界有了更全面的认识。
力学的应用十分广泛，从天体运动到机械工程，我们无处不见力学的身影。
热学是研究能量传递和转化的学科。
研究热力学，我们可以了解热量、温度和热能的概念，掌握热力学定律和循环过程的原理。
热学的知识可应用于能源利用、热力学工程等领域，推动着人类社会的发展。
电磁学是研究电荷和电磁场相互作用规律的学科。
学习电磁学，我们将认识到电场和磁场的产生与作用，以及电磁波的性质与传播。
电磁学在通信技术、电子工程等领域的应用非常广泛，为现代社会的高速发展提供了巨大的动力。
热力学知识：热力学的历史和发展
热力学知识：热力学的历史和发展热力学是一门涉及热量、能量和物态变化等方面的物理学科，其研究范畴包括热力学系统、热力学过程、热力学定律等。
热力学的历史可以追溯到18世纪初期，随着科学技术的不断进步和理论发展，热力学逐渐成为一门独立的物理学科。
热力学的起源可以追溯到实验物理学家卡尔.威廉.祖克（Carl Wilhelm Scheele）和卡尔.恩格尔霍夫（Carl von Engle）在18世纪初期的一系列实验中发现，热量可以通过热传递现象改变物体的状态和性质。
随后，英国物理学家约瑟夫·布莱克（Joseph Black）从理论上证明了热的能量学说，并通过一系列实验验证了热量的物理本质。
19世纪初，法国物理学家西蒙·拉普拉斯（Simone Laplace）提出了“热动力学（thermodynamics）”的概念，以描述物体的热平衡状态。
他的理论揭示了温度和热量之间的关系，以及热力学过程中的能量守恒定律。
在此基础上，英国物理学家詹姆斯·普雷斯特（James Prescott Joule）研究了热量和能量的转换关系，并提出了热功当量定理。
他的实验有力地证明了热能与机械能具有相互转化的关系。
此外，爱尔兰物理学家威廉·汤姆生（William Thomson）则提出了“热力学第一定律”和“绝对温度尺度”。
19世纪后期，奥地利物理学家路德维希·玻尔兹曼（Ludwig Boltzmann）通过基于分子动力学理论，发现了分子运动和热力学性质之间的关系。
他的研究为热力学奠定了基础，并且通过统计学方法推导出了熵的概念和统计热力学的理论。
20世纪以来，热力学得到了广泛的应用，尤其是在工程和自然科学领域。
热力学和热力学定律被应用于制冷、航空航天、化学反应、材料热处理、能源转换等各个领域。
总之，随着科学技术的不断发展和理论的进步，热力学逐渐成为一门独立的物理学科，并对人类的生产生活产生了深远的影响。
热力学和统计物理学的发展
二计温学的发展一温度计的设计与制造1603年,伽利略制成最早的验温计：一只颈部极细的玻璃长颈瓶,倒置于盛水容器中,瓶中装有一半带颜色的水.随温度变化,瓶中空气膨胀或收缩.1631年,法国化学家詹雷伊Jean Rey,1582-1630把伽利略的细长颈瓶倒了过来,直接用水的体积的变化来表示冷热程度,但管口未密封,水不断蒸发,误差也较大.1650年,意大利费迪男二世Ⅱ用蜡封住管口,在瓶内装上红色的酒精,并在玻璃瓶细长颈上刻上刻度,制成现代形式的第一支温度计.1659年法国天文学家伊斯梅尔博里奥Ismael Buolliau制造了第一支用水银作为测温物质的温度计.二测温物质的选择和标准点的确定德国的格里凯Guericke曾提出以马德堡地区的初冬和盛夏的温度为定点温度；佛罗伦萨的院士们选择了雪或冰的温度为一个定点,牛或鹿的体温为另一个定点；1665年,惠更斯建议把水的凝固温度和沸腾温度作为两个固定点；1703年,牛顿把雪的熔点定为自己制作的亚麻子油温度计的零度,把人体温度作为12度等等.华伦海特Gabriel Danile Fahrenheit,1686-1736,德国玻璃工人,迁居荷兰制造了第一支实用温度计：他把冰、水、氨水和盐的混合物平衡温度定为00F,冰的熔点定为320F,人体的温度为960F,1724年,他又把水的沸点定为2120F.后来称其为华氏温标.列奥米尔Reaumur,1683-1757,法国以酒精和1/5的水的混合物作为测温物质,1730年制作的酒精温度计,取水的冰点为00R,水的沸点为800R,在两个固定点中间分成80等分,称为列氏温标.摄尔修斯Anders Celsius,1701-1744,瑞典天文学家,用水银作为测温物质,以水的沸点为00C冰的熔点为1000C,中间100个等分.8年后接受了同事施特默尔的建议,把两个定点值对调过来.称为摄氏温标.至1779年全世界共有温标19种.热力学温标：开尔文注意到：既然卡诺热机与工作物质无关,那么我们就可以确定一种温标,使它不依赖于任何物质,这种温标比根据气体定律建立的温标更具有优越性.据此,1854年,开尔文提出开氏温标,T= + t.又称热力学温标,它与测温物质的性质无关,即任何测温物质按这种温标定出的温度数值都是一样的.1954年国际计量大会决定将水的三相点的热力学温度定为,即热力学温度的单位—开尔文K就是水三相点热力学温度的1/三量热学的建立1.不同物质放热能力不同的发现：17世纪,意大利的科学家在实验中发现,在同一温度下具有相同重量的不同液体分别与冰混合时,冰被融化的数量是不同的,这表明不同物质的放热能力是不同的.有人认为这种能力可能与物质密度有关,密度越大,吸热和放热的能力越大.华伦海特通过实验发现：水银的的吸热能力仅仅是水的2/3,但密度却是水的十几倍,因而否定了和密度有关的说法.2.“潜热”的发现：1757年英国化学家布莱克Joseph Black,1728-1799用320F冰与1720F 同等重量的的水混合,得到平衡温度仍为320F,而不是1020F.这说明“在冰溶解中,需要一些为温度计所不能觉察的热量.”他把这种不表现为温度升高的热叫做“潜热”.同时还慎重提出热和温度是两个不同的概念.3.“热容量”及“比热”概念的提出：大约在1760年,布莱克作了如下实验把温度为1500C的金和同重量的500C的水相混合,它们达到平衡时的温度为550C,同重量而不同温度的两种物质混合在一起时,它们温度的变化是不相同.他把物质在改变相同温度时的热量变化叫做这些物质对热的“亲和性”或“接受热的能力”.后来他的学生伊尔文Irvine正式引进“热容量”的概念.1780年,麦哲伦Megellen首先使用了“比热”名词.4.热的单位“卡”的建立：法国的拉瓦锡Lavoisier和拉普拉斯Laplace发展了布莱克的工作,把一磅水升高或降低10C时所吸收或放出的热作为热的单位,称作“卡”.1777年制作了“冰量热器”.四热本质的认识1.认为热是运动的表现佛兰西斯培根从摩擦生热得出热是一种膨胀的、被约束的在其斗争中作用于物体的微小粒子的运动.波义耳认为钉子敲打之后变热,是运动受阻而变热的证明.笛卡尔认为热是物质粒子的一种旋转运动；胡克用显微镜观察火花,认为热是物体各个部分非常活跃和极其猛烈的运动；罗蒙诺索夫提出热的根源在于运动等.2.热质说认为热是一种看不见无重量的物质.热质的多少和在物体之间的流动就会改变物体热的程度.代表人物：伊壁鸠鲁、卡诺等.热质说对热现象的解释：物质温度的变化是吸收或放出热质引起的；热传导是热质的流动；摩擦生热是潜热被挤出来的,特别是瓦特在热质说的指导下改进蒸汽机的成功,都使人们相信热质说是正确的.3.“热质说”的否定1798年伦福德Count Rumford,英国由钻头加工炮筒时产生热的现象,得出热是物质的一种运动形式；1799年,戴维Humphrey Davy,1778-1829,英国化学家作了在真空容器中两块冰摩擦而融化的实验.按热质说观点,热量来自摩擦挤出的潜热而使系统的比热变小,但实际上水的比热比冰的还要大.伦福德和戴维的实验给热质说以致命打击,为热的唯动说提出了重要的实验证据.§2 .热力学第一定律的建立一定律产生的背景18世纪末到19世纪前半叶,自然科学上的一系列重大发现,广泛的揭示出各种自然现象之间的普遍联系和转化.许多科学家对这一定律的建立作出了一定贡献.1．热能和机械能：伦福德和戴维的实验证明机械能向热能的转化；蒸汽机的发明和改进—热能向机械能的转化.2．热和电德国物理学家塞贝克Thomas Johann Seebeck于1821年实现了热向电的转化-温差电：他将铜导线和铋导线连成一闭合回路,用手握住一个结点使两结点间产生温差,发现导线上出现电流,冷却一个结点亦可出现电流.电转化为热：1834年,法国的帕尔帖Peltier发现了它的逆效应,即当有电流通过时,结点处发生温度变化.1840年和1842年,焦耳和楞次分别发现了电流转化为热的着名定律.3．电和磁1820年奥斯特关于电流的磁效应的发现和1831年法拉第关于电磁感应现象的发现完成了电和磁间的相互转化.4．电和化学1800年伏打制成“伏打电堆”以及利用伏打电流进行电解,从而完成了化学运动和电运动的相互转化运动.5．化学反应和热1840年彼得堡科学院的黑斯提出关于化学反应中释放热量的重要定律：在一组物质转变为另一组物质的过程中,不管反应是通过那些步骤完成的,释放的总热量是恒定的.此外1801年关于紫外线的化学作用的发现,1839年用光照金属极板改变电池的电动势的发现；1845年光的偏振面的磁致偏转现象的发现等等,都从不同侧面揭示了各种自然现象之间的联系和转化.能量转化与守恒思想的萌发俄国的黑斯……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.”但卡诺患了猩红热,脑膜炎,不幸又患了流行性霍乱,于1832年去世,享年36岁.卡诺的这一思想,在1878年才由其弟弟整理发表,但热力学第一定律已建立27年.总之,到了19世纪40年代前后,欧洲科学界已经普遍蕴含着一种思想气氛,以一种联系的观点去观察自然现象.正是在这种情况下,以西欧为中心,从事七八种专业的十多位科学家,分别通过不同途径,各自独立的发现了能量守恒原理.贡献最为突出的有三位科学家,他们是：德国的医生迈尔,英国的实验物理学家焦耳,德国的生物学家、物理学家亥姆霍兹.二.确立能量转化与守恒定律的三位科学家1.德国的迈尔罗伯特迈尔Robert Mayer,1814-1878曾是一位随船医生,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,这引起了迈尔的沉思.他认为,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,使血呈鲜红色.迈尔的结论是：“力能量是不灭的,但是可以转化,是不可称量的客体”.迈尔在1841年撰文论力的质和量的测定,但由于缺少实验根据以及在数学和物理方面的缺陷,未能发表；1842年论无机界的力发表了他的观点“无不能生有,有不能变无”.在1845年的论文与有机运动相联系的新陈代谢中更明确写道：“力的转化与守恒定律是支配宇宙的普遍规律.”并具体考察了5种不同形式的力：运动的力、下落的力、热、磁和电、化学力.列举了这些“力”之间相互转化的25种形式.迈尔是将热学观点用于有机世界研究的第一人.恩格斯对迈尔的工作给予很高的评价.迈尔,1814出生于德国海尔布隆一个药剂师家庭,1832年进入蒂宾根大学医学系学习,1837年因参加一个秘密学生团体而被捕并被学校开除,1838年完成医学博士学位论文答辩,获医师执照而开始行医.1840年-1841年担任开往东印度的荷兰轮船的随船医生. 1841年撰文论力的质和量的测定,但被认为缺少精确的实验根据而未发表,1842年撰文论无机界的力,1845年撰文与有机运动相联系的新陈代谢.1848年后发生了“能量守恒定律”发现优先权的争论,焦耳等英国学者否定其工作,一部分德国物理学家讥笑他不懂物理,而在此期间他的两个孩子夭折,1848年德国革命时由于他观点保守而被起义者逮捕,致使其于1849年5月跳楼自杀未遂,造成终身残疾,1851年患脑炎被人当作疯子送进疯人院.直到1862年才恢复科学活动.2.亥姆霍兹Hermann Helmholtz,1821-1894德国科学家,他认为,大自然是统一的,自然力是守恒的.1847年,发表着名论文力的守恒,阐述了有心力作用下机械能守恒原理：“当自由质点在吸力和斥力作用下而运动的一切场合,所具有的活力和张力总是守恒的.”这里活力是动能,张力是势能.接着又具体的研究了能量守恒原理在各种物理、化学过程中的应用.把能量概念从机械运动推广到普遍的能量守恒.海尔曼亥姆霍兹简介：1821年8月31日生于德国波茨坦,1838年考入柏林雷德里克威廉皇家医学院,以优异成绩于1842年毕业,担任了军医,并开始进行物理学研究.1847年,在不了解迈尔等人工作的情况下,提出了能量守恒和转化定律.1855年最早测量了神经脉动速率,把物理方法应用于神经系统的研究,由此被称为生物物理学的鼻祖.先后担任波恩大学、柯尼斯堡大学、海德尔贝格大学等校的生理学教授,1871年起,在柏林大学任物理学教授,1888年任夏洛腾堡物理技术研究所所长.着有生物光学手册、音乐理论的生理基础、论力的守恒等书.培养了一大批优秀人才.赫兹、普朗克等人都是他的学生.3.焦耳的实验研究焦耳1818-1889是英国着名的实验物理学家,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,焦耳注意到电机和电路中的发热现象,通过实验,焦耳于1840年发现:“产生的热量与导体电阻和电流平方成正比”并发表于论伏打电所产生的热论文中,这就是着名的焦耳——楞次定律.1843年进行了感应电流产生的热效应和电解时热效应的实验,,写了两篇关键性论文论磁电的热效应和热的机械值和论水电解时产生的热,明确指出：“自然界的能是不能消灭的,哪里消耗了机械能,总能得到相应的热,热只是能的一种形式.”焦耳使一个线圈在电磁体的两极之间转动产生感应电流,线圈放在量热器内,证实了热可以由磁电机产生.从这个实验焦耳立即领悟到热和机械功可以互相转化,在转化过程中遵从一定的当量关系.为了测定机械功和热之间的转换关系,焦耳设计了“热功当量实验仪”,焦耳在磁电机线圈的转轴上绕两条线,跨过两个定滑轮后挂上几磅重的砝码,由砝码的重量和下落的距离计算出所做的功.测得热功当量为千克力米/千卡.1844年又做了把水压入毛细管的实验和压缩空气实验,测出了热功当量分别为千克力米/千卡和千克力米/千卡.1849年发表论热功当量.焦耳测定热功当量的工作一直进行到1878年,先后采用不同的方法做了400多次实验.以精确的数据为能量守恒原理提供了无可置疑的实验证明.1850年焦耳当选为英国皇家学会会员.1878年发表热功当量的新测定,最后得到的数值为千克·米/千卡.4 热力学第一定律的表述热力学第一定律即能量守恒和转化定律,其第一种表述为：自然界一切物质都具有能量,能量有各种不同的形式,能够从一种形式转化为另一种形式,从一个物体传递给另一个物体,在转化和传递中能量的数量不变.第二种表述为：第一种永动机是不可能造成的.数学表达式为：U2-U1=Q+A U—内能,状态函数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19世纪的三大发现.5.热力学第一定律建立的成因1理论——迈尔2实验——焦耳3一批科学家的不懈努力4说明了客观条件成熟,相应的自然规律一定会发现.§3 热力学第二定律的建立热力学第一定律确定了一个封闭系统的能量是一定的,确定了各种形式能量之间转化的当量关系.但它对能量转化过程所进行的方向和限度并未给出规定和判断.比如热不会自动地由低温传向高温,过程具有方向性.这就导致了热力学第二定律的出台.德国德克劳修斯、英国的威廉汤姆逊即开尔文和奥地利的玻尔兹曼等科学家为此做了重要贡献.1917年,德国能斯特进一步提出“绝对零度是不可能达到的”热力学第三定律.一卡诺的热机理论萨迪卡诺Sadi Carnot,1796-1832法国工程师,从小从他父亲那里学习了数学、物理、语言和音乐等方面的知识,后来先后进入巴黎多科工艺学院和工兵学校学习,后来专心研究热机理论.1832年8月24日因霍乱病逝.1824年,卡诺出版了关于火的动力思考,总结了他早期的研究成果.他给自己提出的实际任务是：阐明热机工作的原理,找出热机不完善的原因,以提高热机的效率.在研究工作中,卡诺出色的运用了类比和建立理想模型的方法.类比：蒸汽机的热质热质说从高温加热器传向低温冷凝器而做功,就好象水车靠水从高处流向低处而做功一样.从而得出一正确结论：蒸汽机至少必须工作在一个高温热源和一个低温热源之间,凡是有温差的地方就能够产生动力.理想模型的建立：理想热机其效率仅取决于加热器和冷凝器的温度,与工作物质无关,其工作过程由两个等温过程当工作物质与两个热源接触时和两个绝热过程当工作物质和两个热源脱离时组成一个循环.且它的一切过程可以逆方向进行,称为可逆卡诺热机.并且由此得出：任何实际热机的效率都不可能大于在同样两热源之间工作的卡诺热机的效率.但由于他的热质观点和过早病逝,使他未能完全探索到问题的底蕴.卡诺认为工作物质把热量从高温热源传到低温热源而作功,但热质守恒.而实际上热的传递和消耗是同时发生的.1850年,克劳修斯在迈尔、焦耳和卡诺等人工作的基础上,提出了热力学第一定律的数学形式：dQ=dU+dW 二热力学第二定律的物理表述1.卡诺和焦耳的矛盾19世纪中叶,开尔文即威廉汤姆逊注意到：焦耳的工作表明机械能定量的转化为热,而卡诺的热机理论则认为热在蒸汽机里不能转化为机械能,所以开尔文和克劳修斯的进一步工作就是要从根本上解决这一矛盾.2.热力学第二定律的提出根据能量的转化和守恒定律,对于热机应有Q1=Q2+A,所以热机的效率为η=A/Q1=Q1-Q2/Q1=1-Q2/Q1越小,热机效率η越高.当Q2=0时η=1,但大量事实说从此式可看出,Q2明热机不可能只从单一热源吸取热量完全变为功,而不可避免地将一部分热量传给低温热源.1851年,开尔文在总结这些及其它一些实验经验的基础上提出了热力学第二定律的开尔文表述：不可能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.热力学第二定律的第二种开尔文表述为：第二种永动机是不可能造成的.克劳修斯同样发现了卡诺的失误,因为热机从高温热源得到的热量Q1不等于热机传给低温热源的热量Q2,即Q1≠Q2.因此他根据热传导总是从高温热源传向低温物体,而不可能自发的逆转这一事实,于1850年提出了热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不可能自动的从低温物体传到高温物体而不发生其他任何变化.三熵1.熵的概念1854年,克劳修斯进一步指出,虽然热机在循环过程中Q1≠Q2,但热量Q 与热源温度T之比值是一定的,即Q1/T1=Q2/T2.称为“熵”,用符号S=Q/T表示.通常我们考虑的是系统在变化过程中熵的变化.对于一微小状态变化,一般取熵变为dS=dQ/T.2.熵的物理意义1877年,一生致力于用统计力学研究热运动的玻尔兹曼指出：熵是分子无序的量度,熵与无序度W即某一宏观态对应的微观态数,即宏观态出现的几率之间的关系式为：S=klnW.S上式称为玻尔兹曼关系式,k=×10-23J/K 称为玻尔兹曼常数.3.熵增加原理1865年,克劳修斯指出：“对于任何一个封闭系统…在一个循环过程中出现的所有熵的代数和,必须为正或在极限情况下等于零.”这就是熵增加原理.4.熵增加原理的意义熵是从运动不能转化的一面去量度运动转化的能力,它表示着运动转化已经完成的程度,或者说是运动丧失转化能力的程度.在没有外界作用的情况下,一个系统的熵越大,就越接近于平衡状态,系统的能量也就越来越不能供利用了.熵增加原理揭示了自然过程的不可逆性,或者说运动的转化对于时间、方向的不对称性.自然系统中发生的一切自然过程总是沿着熵增加的方向进行.5.熵entropy举例①用20元人民币在市场公平轻易购得一袋大米,而这袋大米却不能在市场上轻易地换成20元.②封闭容器中原被限制在某一局部的气体分子一旦限制取消,分子将自由地充满整个容器,但却不能自发地再回缩到某个局部.③瓷瓶落地成碎片,而碎片却不能自发回复成瓷瓶.④生米煮成熟饭,熟饭却不能凉干成生米.6.熵是态函数,初态与终态差别何在①终态能量的可交换能力活力低于初态.②态的无序程度大于初态.③终态宏包含的微观态数大于初态的.即：终态↑⇒⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛↑↑↓2S 混乱程度微观态数能量活力 初态反之 ↓⇒1S∴熵增原理：在闭合体系中0S S S 12≥-=∆宏观态与微观态：现有4个分子,按不同的组合方式左右分布,所可能有的微观态数和宏观态数分列于下表：微观态 左 0 ab cd a b c d bc d ac d ab d ab c a b a c a d c d b d b c 右 ab cd 0 bc d ac d ab d ab c a b c d c d b d b c a b a c ad 宏观态左 0 4 1 3 2 右 4 0 3 1 2 W 1 1 4 4 6 S 小大 在上表中,宏观态5个,微观态16个.最无序为6个微观态.熵高,说明宏观态出现的几率大,而对应的微观态数多,意味着“无序”、和“混乱”；熵低,说明宏观态出现的概率小,对应的微观态数少,意味着“有序”和“规律”四 宇宙热寂说1865年,可劳修斯在热力学第二定律中写到：“宇宙的熵力图达到某一最大值”,在1867年的演讲中,又进一步指出：“宇宙越接近这一最大值的极限状态,就失去继续变化的动力,如果最后完全达到这个状态,那就任何进一步的变化都不会发生了,这时宇宙就会进入一个死寂的永恒的状态.”1852年,开尔文在论自然界中机械能散失的一般趋势中说：“自然界中占统治地位的趋向是能量转变为热而使温度拉平,最终导致所有物体的工作能力减小到零,达到热死状态.”※熵增加和进化论的矛盾：热力学第二定律指出,自发过程总是朝熵增加的方向进行,即朝无序方向进行,而达尔文的进化论指出,生物进化的方向是由简单到复杂,由低级到高级---朝有序方向发展,※解释：①不能把在有限的时空范围内得到的原理推广到整个宇宙；②关于负熵：1944年,薛定谔发表专着生命是什么,指出“一个生命有机体在不断地增加它的熵,…并趋于接近最大熵值的危险状态---死亡,要摆脱死亡,就是说活着,唯一的办法就是从环境中不断吸取负熵,…这就是生命的热力学基础.生命体摄取食物、宇宙膨胀以及地球向外辐射能量等过程均为负熵. ※耗散结构理论1967年,普里高金为首的布鲁塞尔学派建立了耗散结构理论,对揭开生命科学之谜具有重大意义.生物体的生长、发育、繁殖,进行新陈代谢就不能处于热力学平衡态,活的生物体与周围环境不断进行着物质和能量交换,是一个开放系统.对于开放系统,其总熵变为：dS=deS+diSdt S d dt S d dt dS i e +=原理；熵产生，应满足熵增加程引起的熵变化率，叫为系统内部的不可逆过其中dt S d i可正可负。
热力学发展趋势
热力学发展趋势一、热力学的起源与初步发展热力学是物理学中的一个重要分支，它的起源可以追溯到17世纪。
最早的研究者是卡尔文和博义，他们提出了“热量不会自发地从低温物体转移到高温物体”的观点。
后来，开普勒、伽利略等人也对热力学做出了一定的贡献。
到18世纪末期，拉普拉斯、克劳修斯等人开始系统地研究热力学，并提出了能量守恒定律和热力学第一定律。
二、熵概念的引入19世纪初期，卡诺和克劳修斯分别提出了著名的卡诺循环和克劳修斯不等式，为热力学奠定了基础。
随后，塞尔铁斯提出了“可逆过程”的概念，并引入了“熵”的概念。
这个概念被广泛应用于化学、生物、天文等领域。
三、统计物理学在热力学中的应用20世纪初期，玻尔兹曼将统计物理学引入热力学中，提出了玻尔兹曼方程和统计热力学。
这一理论对热力学的发展起到了重要的推动作用。
四、非平衡态热力学的兴起20世纪50年代，普朗克和爱因斯坦等人提出了非平衡态热力学的概念，这一理论将热力学从平衡态扩展到了非平衡态，使得热力学更加完整和全面。
五、基于信息论的新型热力学20世纪60年代，贝克斯和李普金等人提出了基于信息论的新型热力学理论。
这一理论将信息论中的信息熵引入到了热力学中，使得我们可以更好地理解物质与能量之间的关系。
六、微观尺度上的研究随着科技的不断发展，我们可以越来越深入地探究物质与能量之间微观尺度上的关系。
例如，在纳米领域中，我们可以通过控制物质分子之间的相互作用来调节材料性能。
七、应用于工程和生物领域随着人们对于能源和环境问题的关注，热力学在工程领域的应用越来越广泛。
例如，利用热力学原理可以设计高效的发电机、冷却系统等。
此外，在生物领域中，热力学也被广泛应用于生命过程的研究。
八、结合其他学科的发展随着各个学科之间交叉融合的趋势不断加强，热力学也逐渐与其他学科结合起来。
例如，在材料科学中，热力学与化学、物理等学科相结合，可以为新材料的设计和制备提供更多思路和方法。
九、总结综上所述，热力学作为一门重要的物理学分支，在不断地发展和完善。
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热物理学微观理论是在分子动理论（简称分子动理论）基础上发展起来的。
早在1783年伯努利曾设想气体压强由分子碰撞气壁而产生。
1744年俄罗斯科学家罗蒙诺索夫提出热是分子运动的表现，他把机械运动的守恒定律推广到分子运动的热现象去。
到了19世纪中叶，原子和分子学说逐渐取得实验支持，将哲学观念具体化发展为物理理论，热质说也日益被分子运动的观点所取代，在这一过程中统计物理学开始萌芽。
1857年克劳修斯首先导出了气体压强公式。
1859年英国物理学家麦克斯韦导出了速度的分布规律，由此可得到能量的均分定理，以上就是分子动理论的平衡态理论。
后来波耳滋蔓提出来了熵的统计解释以及H定理；1902年美国物理学家吉布斯在其名著《统计力学的基本原理》中，建立了平衡态统计物理体系，称为吉布斯统计(后来知道这个体系不仅适合于经典力学系统，甚至更自然地适用于服从量子力学规律的微观粒子，与此相适应建立起来的统计力学称为量子统计)此外还有非平衡态统计物理学。
上述三方面的内容都是在分子动理学理论的基础上发展起来的。