十九世纪物理学剖析

科学技术史十九世纪物理学多普勒在十九世纪热力学领域，有哪些出色的奉献者？他们的重要奉献是什么？他们分别承受什么科学争论方法？能量守恒定律与热力学建立热的本质是什么？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淌。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。在热质说的根底上，热学建立了肯定的理论体系。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。伦福德和戴维试验热质说在与运动说比赛是最得了成功，占据了主导地位。直到汤姆森和戴维的判定试验。汤姆森觉察在炮身上钻孔时产生大量的热，而且钻头越钝，发热越多。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试验装置和试验结果。伦福德和戴维试验判定了“热质是不存在的”，给热的运动说供给了支持。而且，再一次强化了判定性试验在科学争论中的重要作用。判定试验方法判定试验成为物理学重要的试验方法之一，在其它学科中也占有特别重要的地位。“证伪”是科学争论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《猜测与反对》。特殊是争论型人才，更要读一读这本书。体热的来源德国医生迈尔〔1814—1878〕，在给病人放血时觉察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。迈尔在拉瓦锡燃烧理论的启发下，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一般医生。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，生疏力学的成就，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，信任自然界的生命现象必需听从物理和化学规律。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由于力的作用。赫姆霍兹将数学引入热力学争论，第一个用数学的方式提出能量转换与守恒定律。1847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全部的变化过程，并证明白普遍的能量守恒原理。焦尔焦耳自幼跟随父亲参与酿酒劳动，没有受过正规的教育。青年时期，焦耳生疏了著名的化学家道尔顿。道尔顿教给了他数学、哲学和化学方面的学问。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，并在他的鼓舞下决心从事科学争论工作。能量守恒定律试验证明焦尔将根本上全部争论都建立在试验根底之上。并测定了热功当量比为423.85千克米/千卡。在四十年里，他做过四百屡次试验。焦尔的试验证明白能量守恒定律，使它成为19世纪的重要觉察。把它用于热现象，就是热力学第肯定律。由焦尔想到的最好的教师是兴趣最正确的学习途径时向人学坚持是成功的根底在近代，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永动机能存在吗？卡诺萨迪·卡诺(SadiCarnot)〔1796—1832〕，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试验科学才能，是第一个把热和动力联系起来的人，是热力学理论根底建立者之一。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〔D．F．Arago〕这样一批卓有成就的教师。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工作原理分析，得出了消耗热而得到机械功的普遍性结论。但凡有凹凸温热源，但凡有温度差的地方就能够产生动力；反之，但凡消耗这个力的地方就能够形成温度差。卡诺依据他的“热质”可逆循环设想，设计了一个抱负的循环过程—“卡诺循环”和工作在循环上的热机—”卡诺热机”。熵与清寂的世界世界会变得寂静吗？开尔文威廉·汤姆森(WilliamThomson)，受勋后名为凯尔文男爵(LordKelvin)。爱尔兰的数学物理学家、工程师。也是热力学温标〔确定温标〕的制造人，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”。他争论范围广泛，在热学、电磁学、流体力学、光学、地球物理、数学、工程应用等方面都做出了奉献。开尔文版热力学其次定律开尔文将热力学其次定律描述为：“借助于非生物的物质机构，通过使物质的任何局部冷却到比四周物体的最低温度还要低的方法而得到机械效应是不行能的”或者“从单一热源吸取热量使之变为有用的功而不产生其他影响是不行能的”。克劳修斯鲁道夫·朱利叶斯·埃曼努埃尔·克劳修斯〔RudolfJuliusEmanuelClausius)(1822－1888〕，德国物理学家和数学家，热力学的主要奠基人之一。克劳修斯出身于学问分子家庭，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、数学等方面的争论，特殊是在热力学理论、气体动理论方面建树卓著。克劳修斯版热力学其次定律克劳修斯重要奉献有：〔1〕热力学其次定律克劳修斯表述：“一个自行动作的机器，不行能将热从低温物体传送到高温物体中去”；〔2〕将“熵”引入到势力学，提出“熵增加原理”的热力学其次定律“熵概念”表述；〔3〕将热力学争论成果引入到气体模型。熵与统计力学1857年克劳修斯用抱负气体的模型说明白气体的压强、温度、集中等宏观现象的本质是大量气体分子无规章运动的结果。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，该系统做功的力量越大。熵与统计力学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异越来越小，趋向于平衡，以致当系统温差消逝时，系统就失去做功的力量。大量分子运动不听从牛顿的直接因果率，只听从统计规律，这开启了人类查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”。一个封闭系统的熵总是向增大的方向进展而不是相反。“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，有哪些出色的奉献者？他们的重要奉献是什么？他们分别承受什么科学争论方法？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〔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平方成反比。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对它提出挑战。奇妙的电现象磨擦起电和放电现象早被人们觉察。18世纪，本杰明.富兰克林提出过著名的风筝试验，争论雷电现象。18世纪时，人们进展了加热电气石和晶体而生电的试验，电鳗一类的电鱼也引起了人们的留意。18世纪末，米歇尔和库仑先后制造了扭秤，使用这个工具觉察电力和磁力都随着距离的平方增加而削减，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(LuigiGalvani)在做青蛙解剖时，偶然觉察了所谓“生物电”。1800年，在伽伐尼觉察的启发下，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〔CountAlessandroGiuseppeAntonioAnastasioVolta〕制造了伏特电堆。伏特电堆不仅给他个人赢得了荣誉，而且开启了电磁科学争论殿堂的大门。奥斯特汉斯·奥斯特〔HansØrsted，1777－1851〕，丹麦物理学家、化学家。12岁开头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：“我不宠爱那种没有试验的枯燥的讲课，全部的科学争论都是从试验开头的”。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。他始终坚信电和磁之间肯定有某种关系，电肯定可以转化为磁。电流磁效应—奥斯特试验在给学生讲课时，用自己设计的一个装置觉察了电磁感应现象。奥斯特觉察为电动机觉察供给了根底。电磁力是一种“奇怪的力”安培安德烈·玛丽·安培〔Andre－MarieAmpere，1775～1836〕,出身于富人之家，他父亲深受卢梭的教育思想的影响，特殊为他设立一个私人图书馆，所以他从小就博览群书。特殊是自学了《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电磁学重大奉献有：〔1〕重做了奥斯特试验，觉察了“安培定则”；〔2〕觉察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〕制造了电流计；〔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(GeorgSimonOhm，1789—1854),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学问，并教给少年时期的欧姆，唤起了欧姆对科学的兴趣。欧姆的争论工作是在特别困难的条件下进展的，图书资料和仪器都很缺乏，自己动手设计和制造仪器来进展有关的试验。欧姆与欧姆定律欧姆提出了经典电磁理论中著名的欧姆定律。他从傅立叶觉察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《动电电路的数学争论》一书中，把他的试验规律总结成如下公式：S=γE。式中S表示电流；E表示电动力，γ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〔MichaelFaraday，1791～1867〕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。通过屡次、多种试验，法拉第觉察并总结出：“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，永久转变了人类文明。“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。法拉第还用试验验证“场”的存在。使“场”这个概念可视化。电磁理论集成者--麦克斯韦詹姆斯·克拉克·麦克斯韦〔JamesClerkMaxwell1831～1879〕，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。