热力学发展史

要求：

1、30个PPT左右

2、画面清晰明了

3、相关图片不少于是10张

4、每个画面文字总数不超过80个，配备解说稿

5、3人组成一小组

资料如下：

热力学第一定律（能量守恒定律）：英国杰出的物理学家焦耳、德国物理学家亥姆霍兹等

1、我们既不能创造，也不能消灭能量。宇宙中的能量总和一开始便是固定的，而且永远不会改变，但它可以从一种形式转化为另一种形式。一个人、一幢摩天大楼、一辆汽车或一棵青草，都体现了从一种形式转化成为另一种形式的能量。高楼拔地而起，青草的生成，都耗费了在其他地方聚集起来的能量。高楼夷为平地，青草也不复生长，但它们原来所包含的能量并没有消失，而只是被转移到同一环境的其他所在去了。我们都听说过这么一句话：太阳底下没有新鲜东西。要证实这一点你只需呼吸一下，你刚才吸进了曾经让柏拉图吸进过的5000万个分子。

2、宇宙的能量总和是个常数，总的熵是不断增加的。熵是不能再被转化做功的能量的总和的测定单位。这个名称是由德国物理学家鲁道尔夫·克劳修斯于1868年第一次造出来的。蒸汽机之所以能做功，是因为蒸汽机系统里的一部分很冷，而另一部分却很热。换一句话说，要把能量转化为功，一个系统的不同部分之间就必须有能量集中程度的差异(即温差)。当能量从一个较高的集中程度转化到一个较低的集中程度(或由较高温度变为较低温度) 时，它就做了功。更重要的是每一次能量从一个水平转化到另一个水平，都意味着下一次能再做功的能量就减少了。比如河水越过水坝流入湖泊。当河水下落时，它可被用来发电，驱动水轮，或做其他形式的功。然而水一旦落到坝底，就处于不能再做功的状态了。在水平面上没有任何势能的水是连最小的轮子也带不动的。这两种不同的能量状态分别被称为“有效的”或“自由的”能量，和“无效的”或“封闭的”能量。熵的增加就意味着有效能量的减少。每当自然界发生任何事情，一定的能量就被转化成了不能再做功的无效能量。被转化成了无效状态的能量构成了我们所说的污染。许多人以为污染是生产的副产品，但实际上它只是世界上转化成无效能量的全部有效能量的总和。耗散了的能量就是污染。既然根据热力学第一定律，能量既不能被产生又不能被消灭，而根据热力学第二定律，能量只能沿着一个方向

——即耗散的方向——转化，那么污染就是熵的同义词。它是某一系统中存在的一定单位的无效能量。

◆在19世纪早期，不少人沉迷于一种神秘机械——第一类永动机的制造，因为这种设想中的机械只需要一个初始的力量就可使其运转起来，之后不再需要任何动力和燃料，却能自动不断地做功。在热力学第一定律提出之前，人们一直围绕着制造永动机的可能性问题展开激烈的讨论。直至热力学第一定律发现后，第一类永动机的神话才不攻自破。热力学第一定律是能量守恒和转化定律在热力学上的具体表现，它指明：热是物质运动的一种形式。这说明外界传给物质系统的能量（热量），等于系统内能的增加和系统对外所作功的总和。它否认了能量的无中生有，所以不需要动力和燃料就能做功的第一类永动机就成了天方夜谭式的设想。

热力学第二定律：

1、没有某种动力的消耗或其他变化，不可能使热从低温转移到高温（不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化或热量只能自发地从高温物体传向低温物体，而不可能从低温物体传向高温物体而不引起其他变化）。（德国物理学家鲁道尔夫·克劳修斯1850）

2、不可能从单一热源吸取热量，使之完全变成有用功而不产生其他影响（从单一热源吸取热量完全转化成有用功而不引起其他影响则是不可能的）。（英国物理学家开尔文（原名汤姆逊）1851年）

3、我国有一句成语“覆水难收”，其实是“覆水不收”。脸盆里的水泼到地上，是不可能再收回来的，这也可以看作是热力学第二定律的一种表述形式。

◆第二类永动机：一种从海水吸取热量，利用这些热量做功的机器。第二类永动机是不可能实现的，不可能造成的。这是因为从海水吸收热量做功，就是从单一热源吸取热量使之完全变成有用功并且不产生其他影响。利用致冷机就可以把热量从低温物体传向高温物体，但是外界必须做功。

热力学第三定律：

1、各种物质的完美晶体在绝对零度时熵为零。

2、与任何等温可逆过程相联系的熵变，随着温度的趋近于零而趋近于零。

3、绝对零度不可达到但可以无限趋近。

人类最伟大的十个科学发现之九：热力学四大定律

18世纪，卡诺等科学家发现在诸如机车、人体、太阳系和宇宙等系统中，从能量转变成“功”的四大定律。没有这四大定律的知识，很多工程技术和发明就不会诞生。

热力学的四大定律简述如下：

热力学第零定律——如果两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(温度相同)，则它们彼此也必定处于热平衡。

热力学第一定律——能量守恒定律在热学形式的表现。

热力学第二定律——力学能可全部转换成热能，但是热能却不能以有限次的实验操作全部转换成功 (热机不可得)。

热力学第三定律——绝对零度不可达到但可以无限趋近。

法国物理学家卡诺（Nicolas Leonard Sadi Carnot,1796～1823）(左图)生于巴黎。其父L.卡诺是法国有名的数学家、将军和政治活动家，学术上很有造诣，对卡诺的影响很大。

卡诺身处蒸汽机迅速发展、广泛应用的时代，他看到从国外进口的尤其是英国制造的蒸汽机，性能远远超过自己国家生产的，便决心从事热机效率问题的研究。他独辟蹊径，从理论的高度上对热机的工作原理进行研究，以期得到普遍性的规律；1824年他发表了名著《谈谈火的动力和能发动这种动力的机器》（右图），书中写道：“为了以最普遍的形式来考虑热产生运动的原理，就必须撇开任何的机构或任何特殊的工作介质来进行考虑，就必须不仅建立蒸汽机原理，而且建立所有假想的热机的原理，不论在这种热机里用的是什么工作介质，也不论以什么方法来运转它们。”

卡诺出色地运用了理想模型的研究方法，以他富于创造性的想象力，精心构思了理想化的热机——后称卡诺可逆热机（卡诺热机），提出了作为热力学重要理论基础的卡诺循环和卡诺定理，从理论上解决了提高热机效率的根本途径。

卡诺在这篇论文中指出了热机工作过程中最本质的东西：热机必须工作于两个热源之间，才能将高温热源的热量不断地转化为有用的机械功；明确了“热的动力与用来实现动力的介质无关，动力的量仅由最终影响热素传递的物体之间的温度来确定”，指明了循环工作热机的效率有一极限值，而按可逆卡诺循环工作的热机所产生的效率最高。实际上卡诺的理论已经深含了热力学第二定律的基本思想，但由于受到热质说的束缚，使他当时未能完全探究到问题的底蕴。

1832年8月24日卡诺因染霍乱症在巴黎逝世，年仅36岁。按照当明的防疫条例，霍乱病者的遗物一律付之一炬。卡诺生前所写的大量手稿被烧毁，幸得他的弟弟将他的小部分手稿保留了下来，其中有一篇是仅有21页纸的论文----《关于适合于表示水蒸汽的动力的公式的研究》，其余内容是卡诺在1824-1826年间写下的23篇论文。

后来，卡诺的学术地位随着热功当量的发现，热力学第一定律、能量守恒与转化定律及热力学第二定律相继被揭示的过程慢慢形成了。

热力学第一定律与能量守恒定律有着极其密切的关系。

德国物理学家、医生迈尔（Julius Robert Mayer，1814～1878）（左图）1840年2月到1841年2月作为船医远航到印度尼西亚。他从船员静脉血的颜色的不同，发现体力和体热来源于食物中所含的化学能，提出如果动物体能的输入