十九世纪物理学剖析.ppt

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1、多普勒在十九世纪热力学领域，有哪些杰出的贡献者？他们的重要贡献是什么？他们分别采用什么科学研究方法？能量守恒定律与热力学建立热的实物粒子说热是“一种特殊形态的没有重量的物质”。它可以在物体之间流动。热质说可以追溯到古希望德谟克利特的原子论学派，有典籍支撑。热质说得到了当时知名科学家伽桑狄的支持。热质说能很好地解释与热相关的物理现象。在热质说的基础上，热学建立了一定的理论体系。如布莱克“潜热”和“比热”的概念；傅立叶的热传导理论；卡诺的热功转化理论。伦福德和戴维实验热质说在与运动说较量是最得了胜利，占据了主导地位。直到汤姆森和戴维的判定实验。汤姆森发现在炮身上钻孔时产生大量的热，而且钻头越钝，发

2、热越多。这种现象不能用热质说加以解释。1799年，21岁的英国人戴维发表论文，公布了他设计的一个实验装置和实验结果。伦福德和戴维实验判定了“热质是不存在的”，给热的运动说提供了支持。而且，再一次强化了判定性实验在科学研究中的重要作用。判定实验方法判定实验成为物理学重要的实验方法之一，在其它学科中也占有十分重要的地位。“证伪”是科学研究中的一种重要思维模式。有关科学与“证伪”之间的关系，请大家阅读卡尔.波普尔所著猜想与反驳。特别是研究型人才，更要读一读这本书。体热的来源德国医生迈尔（18141878），在给病人放血时发现热带人的静脉血比温带人的静脉血更为鲜红。而且听船员说下大暴雨时海水比较热。迈

3、尔在拉瓦锡燃烧理论的启示下，经过认真思考，撰写了论无机界的力的论文，指出了“力是不灭的、能够转化的实体”。他所说的力实际上是指的能量。迈尔成为第一个提出能量守恒定律的人。虽然他只是一个随船的普通医生。赫姆霍兹赫姆霍兹是德国的物理学家，生理学家，生物物理学家。早年在数学上有过良好的训练，熟悉力学的成就，读过牛顿、达朗贝尔、拉格朗日等人的著作，康德哲学的信徒，深信自然界大统一，相信自然界的生命现象必须服从物理和化学规律。赫姆霍兹与能量守恒定律世界是物质的，而物质必定守恒。世界的一切变化都是因为力的作用。赫姆霍兹将数学引入热力学研究数学引入热力学研究，第一个用数学的方式提出能量转换与守恒定律。184

4、7年，26岁的他写成了著名论文力的守恒，将能量的概念从机械运动推广到所有的变化过程，并证明了普遍的能量守恒原理。焦尔l焦耳自幼跟随父亲参加酿酒劳动，没有受过正规的教育。l青年时期，焦耳认识了著名的化学家道尔顿。l道尔顿教给了他数学、哲学和化学方面的知识。l道尔顿教会了焦耳理论与实践相结合的科研方法，激发了焦耳对化学和物理的兴趣，并在他的鼓励下决心从事科学研究工作。能量守恒定律实验证明l焦尔将基本上所有研究都建立在实验基础之上。并测定了热功当量比为423.85千克米/千卡。在四十年里，他做过四百多次实验。l焦尔的实验证明了能量守恒定律，使它成为19世纪的重要发现。把它用于热现象，就是热力学第一定

5、律。由焦尔想到的l最好的老师是兴趣最好的老师是兴趣l最佳的学习途径时向人学最佳的学习途径时向人学l坚持是成功的基础坚持是成功的基础在近代，一个理论要成为“科学理论”，它必需具备什么样的条件？能量守恒定律与热力学建立卡诺萨迪卡诺(Sadi Carnot)（17961832），法国青年工程师、热力学的创始人之一。兼有理论科学才能与实验科学才能，是第一个把热和动力联系起来的人，是热力学理论基础建立者之一。1812年，萨迪卡诺考入巴黎理工学院，在那里受教于泊松、盖吕萨克、安培和阿拉果（DFArago）这样一批卓有成就的老师。他主要攻读了分析数学、分析力学、画法几何和化学。卡诺热机萨迪卡诺经过对蒸汽机的

6、工作原理分析，得出了消耗热而得到机械功的普遍性结论。凡是有高低温热源，凡是有温度差的地方就能够产生动力；反之，凡是消耗这个力的地方就能够形成温度差。卡诺根据他的“热质”可逆循环设想，设计了一个理想的循环过程“卡诺循环”和工作在循环上的热机”卡诺热机”。熵与静寂的世界开尔文威廉汤姆森(William Thomson)，受勋后名为凯尔文男爵(Lord Kelvin)。爱尔兰的数学物理学家、工程师。也是热力学温标（绝对温标）的发明人，被称为热力学之父。10岁时就进格拉斯哥大学预科学习。17岁时，曾立志：“科学之路到哪里，就在哪里攀登不息”。他研究范围广泛，在热学、电磁学、流体力学、光学、地球物理、数

7、学、工程应用等方面都做出了贡献。开尔文版热力学第二定律开尔文将热力学第二定律描述为：“借借助于非生物的物质机构，通过使物质助于非生物的物质机构，通过使物质的任何部分冷却到比周围物体的最低的任何部分冷却到比周围物体的最低温度还要低的方法而得到机械效应是温度还要低的方法而得到机械效应是不可能的不可能的”或者或者“从单一热源吸取热从单一热源吸取热量使之变为有用的功而不产生其他影量使之变为有用的功而不产生其他影响是不可能的响是不可能的”。克劳修斯鲁道夫朱利叶斯埃曼努埃尔克劳修斯（Rudolf Julius Emanuel Clausius)(18221888），德国物理学家和数学家，热力学的主要奠基人

8、之一。克劳修斯出身于知识分子家庭，就学于柏林大学。1847年在哈雷大学主修数学和物理学的哲学博士学位。主要从事分子物理、热力学、蒸汽机理论、理论力学、数学等方面的研究，特别是在热力学理论、气体动理论方面建树卓著。克劳修斯版热力学第二定律克劳修斯重要贡献有：（1 1）热力学第二）热力学第二定律克劳修斯表述：定律克劳修斯表述：“一个自行动作一个自行动作的机器，不可能将热从低温物体传送的机器，不可能将热从低温物体传送到高温物体中去到高温物体中去”；（；（2 2）将）将“熵熵”引引入到势力学，提出入到势力学，提出“熵增加原理熵增加原理”的的热力学第二定律热力学第二定律“熵概念熵概念”表述；表述；（3

9、3）将热力学研究成果引入到气体模）将热力学研究成果引入到气体模型。型。熵与统计力学1857年克劳修斯用理想气体的模型阐明了气体的压强、温度、扩散等宏观现象的本质是大量气体分子无规则运动的结果。1860麦克斯韦和1868年玻尔兹曼分别将统计方法和概率论引入热力学，建立了气体分子运动论。气体分子运动论。气体分子运动论认为：一个系统内部的温差越大（远离平衡态系统），分子间运动状态相互转化的概率越大，该系统做功的能力越大。熵与统计力学l分子运动状态转换的结果总是使该系统分子之间的状态差别越来越小，趋向于平衡，以致当系统温差消失时，系统就失去做功的能力。l大量分子运动不服从牛顿的直接因果率，只服从统计规

10、律，这开启了人类寻找自然界和人类社会规律的新视野，也产生了一门新学科“统计力学”。l一个封闭系统的熵总是向增大的方向发展而不是相反。“熵”、“统计力学”、“远离平衡态系统”对你所学的学科有什么样的影响？经典电磁理论建立在十九世纪电磁学建立的过程中，有哪些杰出的贡献者？他们的重要贡献是什么？他们分别采用什么科学研究方法？十九世纪的科学信念自然界的现象都是统一的，自然界的力自然界的现象都是统一的，自然界的力（能量）是相互转换的。天体的引力与距（能量）是相互转换的。天体的引力与距离平方成反比，带电球的引力与其距离的离平方成反比，带电球的引力与其距离的平方成反比。平方成反比。似乎自然界的物理现象都可以

11、找到一个似乎自然界的物理现象都可以找到一个数学公式来描素。直到分子论和溶液理论数学公式来描素。直到分子论和溶液理论对它提出挑战。对它提出挑战。神奇的电现象磨擦起电和放电现象早被人们发现。18世纪，本杰明.富兰克林提出过著名的风筝实验，研究雷电现象。18世纪时，人们进行了加热电气石和晶体而生电的实验，电鳗一类的电鱼也引起了人们的注意。18世纪末，米歇尔和库仑先后发明了扭秤，使用这个工具发现电力和磁力都随着距离的平方增加而减少，证明电力与磁力与牛顿的万有引力有同样的关系。伏特电池1780年的一天，意大利解剖学家伽伐尼(Luigi Galvani)在做青蛙解剖时，偶然发现了所谓“生物电”。1800年

12、，在伽伐尼发现的启示下，意大利科学家亚历山德罗朱塞佩安东尼奥安纳塔西欧伏特伯爵（Count Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta）发明了伏特电堆。伏特电堆不仅给他个人赢得了荣誉，而且开启了电磁科学研究殿堂的大门。奥斯特汉斯奥斯特（HansØrsted，17771851），丹麦物理学家、化学家。12岁开始帮助父亲在药房里干活，同时坚持学习化学。由于刻苦攻读，17岁以优异的成绩考取了哥本哈根大学的免费生，学习医学和自然科学。他说：“我不喜欢那种没有实验的枯燥的讲课，所我不喜欢那种没有实验的枯燥的讲课，所有的科学研究都是从实验开始的有的科

13、学研究都是从实验开始的”。在读大学时就深受康德哲学思想的影响，认为各种自然力都来自同一根源，可以相互转化。他一直坚信电和磁之间一定有某种关系，电一定可以转化为磁。电流磁效应奥斯特实验在给学生讲课时，用自己设计的一个装置发现了电磁感应现象。奥斯特发现为电动机发现提供了基础。电磁力是一种“奇特的力”安培安德烈玛丽安培（AndreMarie Ampere，1775 1836）,出身于富人之家，他父亲深受卢梭的教育思想的影响，特别为他设立一个私人图书馆，所以他从小就博览群书。特别是自学了科学史和百科全书等，这些书不但让他体会到生命崇高的一面，更激发起他对自然科学、数学和哲学的兴趣。安培与电动力学安培在

14、电磁学重大贡献有：（1）重做了奥斯特实验，发现了“安培定则”；（2）发现了电流相互作用规律，同向电流平行线相吸，反向电流平行线相斥；（3）发明了电流计；（4）提出了分子电流假说；（5）总结了电流元之间的作用规律安培定律；（6）第一个提出“电动力学”，并出版电动力学现象的数学理论。使电学成为一门独立的科学。欧姆乔治西蒙欧姆(Georg Simon Ohm，17891854),德国物理学家，欧姆的父亲是锁匠，父亲自学了数学和物理方面的知识，并教给少年时期的欧姆，唤起了欧姆对科学的兴趣。欧姆的研究工作是在十分困难的条件下进行的，图书资料和仪器都很缺乏，自己动手设计和制造仪器来进行有关的实验。欧姆与欧

15、姆定律欧姆提出了经典电磁理论中著名的欧姆定律。他从傅立叶发现的热传导规律受到启发，于1826年发表了电磁感应强度公式-X=a/(b+x)。1827年欧姆又在动电电路的数学研究一书中，把他的实验规律总结成如下公式：S=E。式中S表示电流；E表示电动力，为导线对电流的传导率，其倒数即为电阻。法拉第与“电磁学”迈克尔法拉第（Michael Faraday，17911867）英国物理学家、化学家，也是著名的自学成才的科学家。生于一个贫苦铁匠家庭,仅上过小学。通过多次、多种实验，法拉第发现并总结出：“任何闭合电路中感应电动势的大小，等于穿过这一电路磁通量的变化率”这一电磁感应定律。为了解释电磁现象，法拉

16、第提出了“场”这一概念。法拉第与“场”1831年，他作出了关于“场”的关键性突破，永远改变了人类文明。“场”这一物理概念，突破了牛顿力学的思维模式，成为物理学上一个划时代的飞跃。法拉第还用实验验证“场”的存在。使“场”这个概念可视化。电磁理论集成者-麦克斯韦l詹姆斯克拉克麦克斯韦（James Clerk Maxwell 18311879），英国物理学家、数学家。经典电动力学的创始人，统计物理学的奠基人之一。l科学史上，牛顿把天上和地上的运动规律统一起来，是实现第一次大综合，麦克斯韦把电、光统一起来，是实现第二次大综合，因此应与牛顿齐名。电磁理论集成者-麦克斯韦麦克斯韦用演绎法，把库仑、高斯、欧姆、安培、法拉第等人发现的定律以及他本人的位移电流理论概括成一组积分形式的方程，并因此导出电磁波的波动方程，创立经典电动力学。他预言光也是一种电磁波。麦克斯韦电磁通论的发表，标志人类迈入了电气时代。“场”这个概念对你所学的学科有什么样的影响？影响人类思维的著作