热力学与统计物理学的建立.ppt

第四章热力学与统计物理学的建立
主讲人:新尼根副教授
内蒙古民族大学物理与机电学院
第四章热力学与统计物理学的建立
热力学和统计物理学都是研究热现象的理论。
在十八世纪,热学就成为物理学中一个新发展起来的领域,它们在生产技术中得到了广泛的应用。
第一节热机的发明和热现象的
一、蒸汽机的发明
大约公元一、二世纪之间,埃及人希龙在他作的“原始小涡轮”的玩具中就是用蒸汽作为动力的,
直到1690年,法国人巴本(公元1647一1712)发明了第一台活塞式蒸汽机。
1698年,英国皇家工程队的军事工程师塞维利(公元1650一1715)制造了一个蒸汽抽水机。
一、蒸汽机的发明
1705年英国钳工和铁匠纽可门(公元1663-1729)综合了塞维利和巴本机的优点,发明了空气蒸汽机。
英国工程师斯米顿(公元1724-1792)对纽可门机进行了全面研究和改进,他改进了锅炉和点火燃烧的方法,使纽可门机的效率几乎提高了一倍。
一、蒸汽机的发明
英国格拉斯哥大学的仪器修理工瓦特(公元1736-1819),对纽可门机进行了根本性变革。
在布莱克的帮助下,瓦特终于在1765年研制成了分离冷凝器,制成了一台“单动式蒸汽机”。
1782年瓦特又将发动机从单动变为双动,可将汽缸的功率提高一倍。
1787年,瓦特又安装了离心式调速器,以保证发动机速度相对稳定。这样瓦特的双动旋转式蒸汽机已达到了近代水平。
二、测温学的发展
热现象的定量研究,首先遇到的问题就是确定物体的冷热程度,即测量物体的温度。
伽利略于1593年制造了第一个验温器,试图把不确定的冷热感觉转变为对物体热状态的客观表述。
温度计的制作和改进主要从两个方面进行,从而也促进了对热现象的研究。第一、为了定出温标,需要确定一些“定点”。第二、找出合适的测温物质,从而促进了对物体热膨胀的研究。
二、测温学的发展
第一支实用的温度计是荷兰的吹玻璃工匠华伦海特(公元1686—1736)制成的。从1709年他开始制作一个酒精温度计。在了解到阿蒙顿(公元1663-1705)利用水银改造了早期的温度计后,他也开始制造水银温度计。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,而人体的温度定为960F。1724年后,他又把水的沸点划在2120F上。
二、测温学的发展
法国博物学家勒奥默(公元1683一1757)认为水银膨胀系数小,所以致力于制造酒精温度计。,即雪的熔点为00R,。而把酒精体积改变为1/1000的温度变化作为10R。这样水的沸点就为800R。这种刻度法被称为勤氏温标。
摄氏温标
瑞典天文学家摄尔修斯(公元1701—1744)引入的。他用水银作测质,水的沸点定为0℃,冰的熔点定为100℃。八年后,摄尔修斯接受了他的同事施特默尔的建议,把两个定点的标值对调过来,最后确立了现在使用的摄氏温标。
在英国、美国华氏温标占优势,勒氏温标在德国被普遍使用,在法国摄氏温标占优势。而科学界普遍采用摄氏温标。
三、量热学的发展
彼得堡科学院院土里赫曼(公元1711—1753)是量热学的奠基人。他认为热量是按体积均匀分配的(后来有人提出热量按质量均匀分配),并取质量和温度的乘积作为热量的定义,在1744年里赫曼提出里赫曼量热学方程。
为了测定物体的热容量,拉瓦锡(公元1743—1794)和拉普拉斯曾设计了一个冰量热器。约在1783年,他们测定了一些物质的比热,同时给出了求比热的公式。他们还发现,物质的比热在不同温度下略有差别。