热力学建立和近代热力学发展

1、 在古代，热力学系统的科学还没有建立。人们所掌握的一些热学知识主要是源于生产和生活中所接触到的热现象。 尽管如此，古人类已开始将这些知识应用到各个方面来方便生活，促进生产，并开始了对热现象、热本质理论上的探索。争论中心争论中心热是一种物质热是一种物质 热是一种运动热是一种运动光光电电声声物质物质运动运动推断推断热热物质物质 ？运动运动 ？针对热质说，有些科学家相信热动说针对热质说，有些科学家相信热动说摩擦生热，石头、树木被摩擦会发热 火石同钢块抨击会发热；铁块被捶打会发热 动物剧烈运动后也会发出大量的热 结论结论:培根认识到热是在物体作剧烈培根认识到热是在物体作剧烈运动火碰撞摩擦时所激起的运动

2、火碰撞摩擦时所激起的 物体温度的变化是吸收或放出热对流是载有热质的物体的流动辐射是热质传播物体受热膨胀是因为热质粒子间的相互排斥 观点从表面现象入手 没有实验根据（受当时科学发展水平限制）0)(lim0tts热学新概念的提出热学新概念的提出2. 新概念热学是什么新概念热学是什么? ?1. 为什么要热学新概念为什么要热学新概念? ?(1)(1)世界性能源短缺世界性能源短缺但是但是传热学中只有速率，而传热学中只有速率，而没有效率没有效率的概念的概念传热过程只有强化，而传热过程只有强化，而没有优化没有优化的概念的概念能源利用效率能源利用效率低低! ! 80%80% 能源利用要通过热量的能源利用要通过

3、热量的传递过程传递过程! !1. 1. 为什么要热学新概念为什么要热学新概念? ?(2)(2)前沿技术前沿技术 激光加工激光加工(bs)/(bs)/武器武器: 超快速加热超快速加热, 传热学中的核心定律传热学中的核心定律:傅立叶导热定律傅立叶导热定律不成立不成立! t 10-15 sec碳纳米管碳纳米管 : 极高热流密度极高热流密度, q 10 12 w/mm历史遗留问题历史遗留问题: :傅立叶导热定律导致傅立叶导热定律导致传播速度传播速度无穷大无穷大!热学热学没有没有的概念的概念: : 质量、力、速度质量、力、速度、动量动量; ; 波波、振动振动. .热学热学独有独有的概念的概念: : 熵、

4、可用能熵、可用能 、状态量和过程量状态量和过程量.与物理学的其它分支学科相比与物理学的其它分支学科相比 (3)(3)探索学科间探索学科间共性共性规律的规律的兴趣兴趣fourier(“(“热的解析理论热的解析理论” ” 18221822)： “无论力学理论的研究范围如何，它们都无论力学理论的研究范围如何，它们都不能应用于热效应，这些热效应构成一个不能应用于热效应，这些热效应构成一个特殊特殊的现的现象类，它们象类，它们不能用运动和平衡的原理来解释不能用运动和平衡的原理来解释。它们并不由机械力产生，而仅仅只是由热的存在和它们并不由机械力产生，而仅仅只是由热的存在和积累而引起，自然哲学的这一部分积累而

5、引起，自然哲学的这一部分不可能与动力学不可能与动力学的理论有关的理论有关，它有它本身，它有它本身特有特有的原理。的原理。 ” ”热学与物理学的其它分支学科间热学与物理学的其它分支学科间真的没有共性规律吗真的没有共性规律吗? ?(a)(a)热质热质 (thermal mass)2kghumc热能的热能的等效等效质量质量热能具有热能具有等效等效质量的概念在物理学界质量的概念在物理学界已有共识已有共识 (the feynman lectures on physics, pp.166, sear and zemanskys university physics pp.1216 ) 2. 热学新概念热学新概念 与与“热质说热质说”不同不同,“,“热质说热质说”: : 热是没有质量的流体热是没有质量的流体(b)(b)热质热质速度速度( (热量的运动速度热量的运动速度) )2/hhhquuct cvcqtu uh 声子气的声子气的宏观宏观运动速度运动速度 声子气的平均声子气的平均漂移漂移速度速度,quct热质热质压力压力3hhprt2025()3hdprc d tdxcdx 热热质质驱动力驱动力(c) 作用作用力力 热热质质惯性力惯