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股票分析能量守恆原理

發布時間: 2021-06-03 18:59:49

1. 股市遵循能量守恆定律嗎

股市不遵守能力守恆定律。

2. 汪子然. 股市能量守恆理論

不要太相信這個。看看就可以不要拿來研究。股市的規律就是永遠都沒有規律。

3. 簡述能量守恆定律及其意義

能量守恆定律即熱力學第一定律是指在一個封閉(孤立)系統的總能量保持不變。其中總能量一般說來已不再只是動能與勢能之和,而是靜止能量(固有能量)、動能、勢能三者的總量。

能量守恆定律表述為:一個系統的總能量的改變只能等於傳入或者傳出該系統的能量的多少。總能量為系統的機械能、熱能及除熱能以外的任何內能形式的總和。

能量守恆定律意義:能量守恆定律是自然界普遍的基本定律,是人們認識自然和利用自然的有力武器。

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能量守恆定律歷史影響:

(1)否定永動機

永動機的概念發端於印度,在公元12世紀傳入歐洲。據記載歐洲最早、最著名的一個永動機設計方案是13世紀時由法國V·亨內考提出來的。隨後,研究和發明永動機的人不斷涌現,盡管有不少學者研究指出永動機是不可能的。

文藝復興時期義大利學者達·芬奇曾經花費不少精力研究永動機,最後得到永動機不可製造的結論。同時代的J·卡丹,也認為永動機是不可能的。第一類永動機違背了能量守恆定律,而第二類永動機則違背了熱力學第二定律。隨著對永動機不可能性的認識,一些國家的專利局決定不再受理發明永動機的專利申請。

(2)溫度計發明

關於熱的精確理論應當從製造溫度計開始。17世紀,G·伽利略等人開始製作溫度計。由於採用的溫標使用不方便,後人很少使用。1714年,實用溫標是德國物理學家D·華倫海開始使用水銀做溫度計,並且不斷改進,1717年確定了華氏溫標。

科學家正式確定華氏溫標為:以水的沸點為212度,把32度定為水的冰點。這樣規定,是盡量使通常的溫度避免取負值。1742年至1743,瑞典天文學家A·攝耳修斯發明了攝氏溫標,以標准狀態下水的結冰溫度為零度,水的沸點為100度。1948年攝氏溫標被國際度量衡會議定為國際標准。

4. 如何通俗的理解能量守恆定律

能量既不會憑空產生,也不會憑空消失,只能從一個物體傳遞給另一個物體,而且能量的形式也可以互相轉換。這就是人們對能量的總結,稱為能量守恆定律。能量守恆定律是自然界普遍的基本定律之一。

能量守恆定律(energy conservation law)即熱力學第一定律是指在一個封閉(孤立)系統的總能量保持不變。其中總能量一般說來已不再只是動能與勢能之和,而是靜止能量(固有能量)、動能、勢能三者的總量 。

能量守恆定律可以表述為:一個系統的總能量的改變只能等於傳入或者傳出該系統的能量的多少。總能量為系統的機械能、熱能及除熱能以外的任何內能形式的總和。

如果一個系統處於孤立環境,即不可能有能量或質量傳入或傳出系統。對於此情形,能量守恆定律表述為:「孤立系統的總能量保持不變。」

(4)股票分析能量守恆原理擴展閱讀:

在物理學中,能量守恆定律表明,給定參考框架中的孤立系統的總能量保持不變 - 隨著時間的推移,它被認為是保守的。能量既不能創造也不能毀滅;而是從一種形式轉變為另一種形式。例如,化學能可以在炸葯棒的爆炸中轉化為動能。在技術術語中,能量守恆可以被Noether定理嚴格證明是連續時間平移對稱的直接後果。

能量守恆定律的結果是,第一類永久運動機器不能存在。也就是說,沒有外部能源供應的系統可以為其周圍環境提供無限量的能量。對於沒有時間平移對稱性的運動方程,可能無法定義能量守恆。實例包括廣義相對論中的彎曲空間或凝聚態物理學中的時間晶體。

5. 分析能量守恆原理建立的科學淵源

答:一、定律誕生的前提條件: 1、認識熱的本質,倫福德和戴維的實驗為熱的運動說提供了有力的支持,成了建立能量轉化與守恆定律的前奏。19世紀40年代以前,自然科學的發展為能量轉化與守恆定律的建立奠定了基礎:2、力學方面,早已發現了機械運動在一定條件下的不滅性(動量守恆、「活力」守恆)3、發現了各種「自然力」相互轉化的現象4、永動機不可能實現的歷史教訓,從反面提供了能量守恆的例證;5、建立了能量的初步概念;6、在一些特殊情況下接觸到能量守恆與轉化定律,如楞次定律、赫斯定律7、蒸汽機的發明與不斷改進。 二、邁爾的貢獻 1842年發表了題為《熱的力學的幾點說明》的論文,敘述了普遍的「力」(即能)的轉化與守恆的概念,所以一般都承認邁爾是建立熱力學第一定律(即能量守恆定律)的第一人。 三、焦耳對熱功當量的測定 焦耳對電和磁的研究很感興趣。他通過測定熱功當量為建立能量守恆定律提供了實驗依據。 焦耳通過實驗得出結論:熱功當量是一個普適常量,與作功的方式無關。他證實了自然界的能量是等量轉換的,是不會被消滅的,哪裡消耗了機械能或電磁能,總可以在某些地方得到相當的能量。焦耳的實驗工作為熱力學第一定律的建立奠定了實驗基礎,由此能量守恆定律牢固地確立起來。 四、亥姆霍茲的工作 從多方面論證能量守恆和轉化定律的人是德國的海曼.亥姆霍茲。 1847年,26歲的亥姆霍茲寫了一篇重要的論文《力的守恆》這篇論文在熱力學的發展中佔有重要的地位

6. 能量守恆原理是怎麼被證實的

多年以前,在19世紀中葉到來之前,人們曾經有過奇妙的想法:能不能建造永動機。

很多人設計過一系列的試驗,著名的科學家兼藝術天才達·芬奇就設想過很多方案。無數人的努力均宣告失敗。

直到能量守恆定律的提出並完全確認,人們才從幻想中走出。

「能量」是英國物理學家和醫生托馬斯·楊於1807年最先提出的。

最初發現物體運動的總量守恆的特點是法國大哲學家、數學家和物理學家笛卡爾。

他在1644年的《哲學原理》中提出了運動不滅的思想。

「運動實際上不過是運動物體的一種狀態,但它具有一定的量,不難設想,這個量在整個宇宙中會是守恆的,盡管在任何一個部分中是在變化的」。他還指出,這個守恆的運動的量就是物體的質量與速度之積(這後來成為「動量」的內涵)。

1686年,德國數學家、微積分的創始人之一萊布尼茨發現,物體的質量與速度的積的平方也為恆量。萊布尼茨稱其為「活力」,並認為只有「活力」才能真正代表運動的量。

關於運動的量度,笛卡爾的後繼人與萊布尼茨的後繼學派展開50多年的爭論。

他們兩人在17世紀作出的發現局限在機械能方面,沒有將宇宙間的運動概括進去,沒能真正提出宇宙能量的守恆原理。

18世紀末,熱質說佔了統治地位。美國物理學家湯姆遜(1753~1814年)推翻了熱質說,推動了能量守恆原理的發展。1798年,湯姆遜在慕尼黑做摩擦生熱的實驗。

他用一支十分粗鈍的鑽頭來摩擦炮身,連續達兩三個小時,結果這次摩擦生出的熱使冷水達到沸點。

這說明運動生熱,熱不是一種實體,不是一種物質,而是物質的存在方式轉化,動能轉化為熱能。熱質說基本站不住腳了。

卡諾是第一個發現能量守恆原理思想的人。一般認為,真正最早提出廣義能量守恆原理的是德國青年醫生邁爾。

1840年,邁爾26歲。他以「船醫」的身份跟隨荷蘭駛往東印度的船到達過爪哇。

在為船員們醫治時,他發現,人們血管中的靜脈血在赤道等熱帶地區要比在歐洲時紅亮。

邁爾是一名具有物理化學基礎的人,他提出,血液轉紅亮是富含氧較多的結果。他同時研究動物熱的問題。

在這個過程中,由食物到運動,邁爾產生了想法:人的有機體只需要吸收食物中較少的熱量,在高熱帶環境中就可以了。人的體熱和肌肉的機械作功之能量,均來源於食物,即化學能。

他進一步認識到,體力體熱既然都來源於化學能,如果動物體能量的輸入。輸出保持平衡的話,那麼所有這些形式的能量就必定守恆。

19世紀上半葉以前,科學史專家認為:「人們有一種預感:存在著一種『力』,它按著各種情況以機械運動、化學親和性、電、光、熱、磁等等不同形式出現,它們之間的任何一種形式都可以轉化為另外的一種形式。」

從伏打電池化學能轉化為物理能,從英國尼科爾遜用電池電解水又將物理電能轉為化學能,以及奧斯特、安培等揭示的電能向機械能轉化,法拉第又揭示了機械能的反向轉化為電能,這一系列的學說、實驗,使得研究相互轉化的條件成熟。

從19世紀40年代開始,在世界范圍內掀起了19世紀大定律的發現熱潮。十幾個不同身份不同國籍的學者幾乎同時提出了廣義的能量原理,他們的工作方式,提出角度更證明了這一原理的科學普遍性。

在這當中,邁爾無疑是第一位的。

1842年,邁爾寫了《論無機自然界的力》,指出力(能量)像物質一樣也是一種「原因」,而一切因的首要性質是「不滅性」。他說「力是不可毀滅的而可轉化的無重客體」。

這就從因和果的不滅性上論證了「力(能量)」的不滅性。

這篇文章濃重的德國傳統色彩太過思辨了,也真是令人稱奇。幾經周折,論文在《化學和葯物學雜志》發表。但是人們不理解,也沒有引起注意。

之後,邁爾又繼續投稿,闡述能量的守恆和轉化。但是由於這種純哲學的色彩和基礎,物理學界始終不承認。甚至在邁爾計算出熱功當量值的時候,物理學界仍然給予了蔑視。

最後,邁爾的推論日趨嚴格准確,范圍越來越廣,直至化學、天文、生命科學,涵蓋當今宇宙的一切現象本質。

在能量守恆定律的實驗證明上最早作出重要貢獻的是焦耳。然而這也是科學史所認識到的,在焦耳生前,沒有受到劃時代工作應有的認識。

焦耳幾乎與邁爾同時提出能量守恆概念。

在1818年,焦耳生於英國的蘭格良爾。他的父親是一位富有的啤酒商。

在幼年時,焦耳的身體便不好,因此他一直在家學習,沒有取得高等學位。因為家境很好,所以在小時候,父親就為他置辦了他喜愛的實驗器具。

焦耳對實驗十分熱愛,特別是喜歡極其精確的測量工作。

1833年後,焦耳接替父親管理啤酒廠,成為一名企業家。他在繁忙的工作之餘,把全部精力放在了實驗研究上。

這位業余物理學家一直研究關於功與熱量的度量。

1840年,焦耳發現電流具有熱效應,電和熱相互轉化的焦耳定律提出:導體在單位時間內放出的熱量與電路的電阻成正比,與電流強度的平方成正比。

1843年,焦耳測定了1000卡的熱當量為460千克重米。

1847年4月,他在曼徹斯特作了一個通俗演講,第一次充分地闡述了現代能量守恆原理的思想。

在這期間,焦耳設計了很多實驗來測熱功當量,他設計過氣體膨脹的實驗,還設計過絕熱容器中葉輪攪水的實驗。

焦耳沒有學位,只是一位業余的物理研究者,他的論文沒有分量,皇家學會不發表他的論文。

1847年6月,焦耳終於得以在牛津召開的科學促進會上發言。但是大會主席只要求焦耳做一個簡明扼要的發言,不要論證和解釋,也沒有發揮和引申的權力。

焦耳的發言十分短暫,幾乎沒有引起人們的注意。然而,一位青年人卻站了起來。這位青年的總結評價扭轉了局面。他就是23歲的威廉·湯姆遜。

湯姆遜以滔滔雄辯的口才和嚴密的推理肯定了這項新的理論。結果論文引起了轟動效應,焦耳步入了科學界。

湯姆遜與焦耳互相切磋,焦耳第一次聽到了卡諾的有關思想,而湯姆遜則更受到了嶄新觀念的啟發。

就這樣,焦耳以40年左右的時間,進行了400多次實驗,測定了一卡的熱功當量,為真正的能量守恆原理建立了確鑿的實驗證據和基礎。

到了1850年左右,能量守恆定律得到了廣泛普遍的承認。

為這一定律最終確定而作出劃時代成果的是亥姆霍茲。

亥姆霍茲明確提出並系統證明了全面的能量守恆原理。

亥姆霍茲也是一位醫生,並且是生理學家。能量守恆定律由先驅者邁爾醫生到集大成者亥姆霍茲醫生,形成一個奇妙的巧合。

正因為對能量守恆研究的興趣,亥姆霍茲才成為大物理學家和數學家。他也是在生理學研究中,通過動物熱的途徑發現了能量守恆原理。

1847年,26歲的亥姆霍茲在柏林物理學會上宣讀了論文《論力的守恆》,全面系統地論證了這一原理。

亥姆霍茲認為,「自然力不管怎樣組合,也不可能得到無限量」;「一種自然力如果由另一種自然力產生時,其力的當量不變」。

德語中,力的意義本來就在「能量」的意義上使用著。亥姆霍茲用數學化的形式表述了在孤立系統中機械能的守恆。他把能量的概念進一步推廣到各個科學領域,將永動機與能量守恆相比較對照。

德國最權威的《物理學和化學年鑒》主編波根多夫是拒絕了邁爾的人,他同樣也拒絕了亥姆霍茲。亥姆霍茲只好自己將論文印刷成小冊子,很長時間得不到重視。

後來杜林等人攻擊亥姆霍茲,說他剽竊了邁爾的理論。但三人較為獨立地提出能量守恆的概念是事實。焦耳和亥姆霍茲都尊重邁爾的成果,認為是邁爾最先提出這一理論的。

准確地說,是邁爾最先以公開的形式發表了論文,是焦耳從實驗上領了先,而後是亥姆霍茲真正精確系統地確立了這一原理。

恩格斯在《自然辯證法》中稱贊這一原理奠定了唯物主義自然辯證觀。

我們發現,幾乎同時,許多人提出了這一理論。能量守恆原理是牛頓物理經典力學建立以來的最大成就,是19世紀30年代、40年代不同側面提出的原理。

它揭示了熱、機械、電、化學等物質運動的形式之內在聯系,達到了第二次物理理論大綜合。

德國生物化學家莫爾(1806~1878年);

法國鐵道工程師塞甘(1786~1875年);

德國物理學家霍耳茲莫(1811~1865年);

丹麥工程師柯耳丁(1815~1888年);

法國物理學家伊倫(1815~1890年);

英國律師格羅夫(1811~1896年)……

這一系列的名字鑄就了同時發生的輝煌的發現。但我們更應該緬懷卡諾·邁爾、焦耳、亥姆霍茲的努力。是他們在困難下堅持研究,後人在他們的基礎上奮然前行。

科學史家准確的評價代表了我們的看法:「從笛卡爾和萊布尼茨的理論到能量守恆原理,中間好像只隔了一層幾乎是透明的薄膜,但由於歷史條件不成熟,200年間就沒有人能夠突破它,把力學領域內的機械能的守恆擴展成為一般的能量守恆原理。一旦歷史條件成熟了,就像洪水決口一樣,從四面八方奔騰而出。這生動地告訴我們,科學上的歷史突破,個人的努力和才能固然是重要因素,客觀歷史條件(包括社會、生產和科學狀況)則更為根本。這也就體現了歷史的必然。」

7. 股市是否存在能量守恆定律

能量守恆是物理問題,但是任何事物都是一樣的道理,只要你理解清楚都是可以一一對應的
老子說過: 道生一,一生二,二生三,三生萬物
所以物理定律和股市都是源於道,因此都可以按照相同的規律來解釋
1 我們說在一個封閉系統里,能量守恆。但是,股票市場並不是一個封閉系統,它是一個開放系統,所以能量守恆的概念不能用在股票市場
2 我們可以把股票市場有關的東西全部看成一個系統,以至於這個系統和外界不存在任何物質、能量、信息的交換關系,這樣在這個系統內確實能量守恆。
比如電能,被你用在電燈以後就消失了,但是能量是守恆的,電能只不過轉換為光能和熱能而已。
所以能量守恆是永遠的,只是能量的形式卻不一而足,經常地情況下,有用能轉換為無用能
經濟也一樣,金錢、市值可以看作一種對人們有用的能量,但是由於市場的運行,這些能量被消耗了,轉換為其他形式的能量,比如流動性、市場混亂度等等
所以應該這樣回答你的問題:
股市不存在守恆定律。但是股市和它外部所有聯系的系統整體存在守恆定律。資金只是能量的一種形式,可以轉換為其他形式的能量

8. 能量守恆原理的意義是什麼

能量守恆的意義首要的是建立物質運動變化過程中的某種物理量間的等量關系。對此,我們無需知道物質間實際的相互作用過程,也無需知道物質運動變化過程中的能量間的轉化途徑,只要建立和物質運動狀態相對應的能量與物理量間的關系,就可以對物質運動變化過程中得初狀態和終狀態間建立一種等量關系,這樣便於對物質運動變化過程的量求解。

9. 很多人認為股市現在是牛市,進股市就能賺錢,這是否違背物理學中能量守恆的定律

能量守恆,是物理定律
資本市場,如果也有定律,那隻要入市股民遵守定律法則,人人都成大款了。。。

10. 說明能量守恆原理的科學淵源

能量守恆和能量轉化定律與細胞學說,進化論合稱19世紀自然科學的三大發現。而其中能量守恆和轉化定律的發現,卻是和一個「瘋子」醫生聯系起來的。
這個被稱為「瘋子」的醫生名叫邁爾(1814~1878),德國人,1840年開始在漢堡獨立行醫。他對萬事總要問個為什麼,而且必親自觀察,研究,實驗。1840年2月22日,他作為一名隨船醫生跟著一支船隊來到印度尼西亞。一日,船隊在加爾各達登陸,船員因水土不服都生起病來,於是邁爾依老辦法給船員們放血治療。在德國,醫治這種病時只需在病人靜脈血管上扎一針,就會放出一股黑紅的血來,可是在這里,從靜脈里流出的仍然是鮮紅的血。於是,邁爾開始思考:人的血液所以是紅的是因為裡面含有氧,氧在人體內燃燒產生熱量,維持人的體溫。這里天氣炎熱,人要維持體溫不需要燃燒那麼多氧了,所以靜脈里的血仍然是鮮紅的。那麼,人身上的熱量到底是從哪來的?頂多500克的心臟,它的運動根本無法產生如此多的熱,無法光靠它維持人的體溫。那體溫是靠全身血肉維持的了,而這又靠人吃的食物而來,不論吃肉吃菜,都一定是由植物而來,植物是靠太陽的光熱而生長的。太陽的光熱呢?太陽如果是一塊煤,那麼它能燒4600年,這當然不可能,那一定是別的原因了,是我們未知的能量了。他大膽地推出,太陽中心約2750萬度(現在我們知道是1500萬度)。邁爾越想越多,最後歸結到一點:能量如何轉化(轉移)?
他一回到漢堡就寫了一篇《論無機界的力》,並用自己的方法測得熱功當量為365千克米/千卡。他將論文投到《物理年鑒》,卻得不到發表,只好發表在一本名不見經傳的醫學雜志上。他到處演說:「你們看,太陽揮灑著光與熱,地球上的植物吸收了它們,並生出化學物質……」可是即使物理學家們也無法相信他的話,很不尊敬地稱他為「瘋子」,而邁爾的家人也懷疑他瘋了,竟要請醫生來醫治他。他因不被人理解,終於跳樓自殺了。
和邁爾同時期研究能量守恆的還有一個英國人——焦耳(1818~1889),他自幼在道爾頓門下學習化學、數學、物理,他一邊經營父親留下的啤酒廠,一邊搞科學研究。1840年,他發現將通電的金屬絲放入水中,水會發熱,通過精密的測試,他發現:通電導體所產生的熱量與電流強度的平方,導體的電阻和通電時間成正比。這就是焦耳定律。1841年10月,他的論文在《哲學雜志》上刊出。隨後,他又發現無論化學能,電能所產生的熱都相當於一定功,即460千克米/千卡。1845年,他帶上自己的實驗儀器及報告,參加在劍橋舉行的學術會議。他當場做完實驗,並宣布:自然界的力(能)是不能毀滅的,哪裡消耗了機械力(能),總得到相當的熱。可台下那些赫赫有名的大科學家對這種新理論都搖頭,連法拉第也說:「這不太可能吧。」更有一個叫威廉·湯姆孫(1824~1907)的數學教授,他8歲隨父親去大學聽課,10歲正式考入該大學,乃是一位奇才,而今天聽到一個啤酒匠在這里亂嚷一些奇怪的理論,就非常不禮貌地當場退出會場。
焦耳不把人們的不理解放在心上,他回家繼續做著實驗,這樣一直做了40年,他把熱功當量精確到了423.9千克米/千卡。1847年,他帶著自己新設計的實驗又來到英國科學協會的會議現場。在他極力懇求下,會議主席才給他很少的時間讓他只做實驗,不做報告。焦耳一邊當眾演示他的新實驗,一邊解釋:「你們看,機械能是可以定量地轉化為熱的,反之一千卡的熱也可以轉化為423.9千克米的功……」突然,台下有人大叫道:「胡說,熱是一種物質,是熱素,他與功毫無關系」這人正是湯姆孫。焦耳冷靜地回答到:「熱不能做功,那蒸汽機的活塞為什麼會動?能量要是不守恆,永動機為什麼總也造不成?」焦耳平淡的幾句話頓時使全場鴉雀無聲。台下的教授們不由得認真思考起來,有的對焦耳的儀器左看右看,有的就開始爭論起來。
湯姆孫碰了釘子後,也開始思考,他自己開始做試驗,找資料,沒想到竟發現了邁爾幾年前發表的那篇文章,其思想與焦耳的完全一致!他帶上自己的試驗成果和邁爾的論文去找焦耳,他抱定負荊請罪的決心,要請焦耳共同探討這個發現。
在啤酒廠里湯姆孫見到了焦耳,看著焦耳的試驗室里各種自製的儀器,他深深為焦耳的堅韌不拔而感動。湯姆孫拿出邁爾的論文,說道:「焦耳先生,看來您是對的,我今天是專程來認錯的。您看,我是看了這篇論文後,才感到您是對的。」焦耳看到論文,臉上頓時喜色全失:「湯姆孫教授,可惜您再也不能和他討論問題了。這樣一個天才因為不被人理解,已經跳樓自殺了,雖然沒摔死,但已經神經錯亂了。」
湯姆孫低下頭,半天無語。一會兒,他抬起頭,說道:「真的對不起,我這才知道我的罪過。過去,我們這些人給了您多大的壓力呀。請您原諒,一個科學家在新觀點面前有時也會表現得很無知的。」一切都變得光明了,兩人並肩而坐,開始研究起實驗來。
1853年,兩人終於共同完成能量守恆和轉化定律的精確表述。
能量的轉化和守恆定律有三種表述:永動機不能造成,能量的轉化和守恆定律及熱力學第一定律。這三種表述在文獻中是這樣敘述的:「熱力學第一定律就是能量守恆定律。」「根據能量守恆定律,……所謂永動機是一定造不成的。反過來,由永動機的造不成也可導出能量守恆定律。」這里不難看出,三種表述是完全等價的。但筆者認為,這種等價是現代人賦予它們的現代價值,若從歷史發展的角度來考查就會發現,三種表述另有它連續性的一面,但還有差異性的一面。這種差異反映了人類認識定律的不同階段。
1定律的經驗性表述——永動機是不可能造成的(1475~1824)
很早以前,人類就開始利用自然力為自己服務,大約到了十三世紀,開始萌發了製造永動機的願望。到了十五世紀,偉大的藝術家、科學家和工程師達·芬奇(Leonard·do·Vinci 1452~1519),也投入了永動機的研究工作。他曾設計過一台非常巧妙的水動機,但造出來後它並沒永動下去。1475年,達·芬奇認真總結了歷史上的和自己的失敗教訓,得出了一個重要結論:「永動機是不可能造成的。」在工作中他還認識到,機器之所以不能永動下去,應與摩擦有關。於是,他對摩擦進行了深入而有成效的研究。但是,達·芬奇始終沒有,也不可能對摩擦為什麼會阻礙機器運動作出科學解釋,即他不可能意識到摩擦(機械運動)與熱現象之間轉化的本質聯系。
此後,雖然人們還是致力於永動機的研製,但也有一部分科學工作者相繼得出了「永動機是不可能造成的」結論,並把它作為一條重要原理用於科學研究之中。荷蘭的數學力學家斯台文(SimonStevin 1548~1620),於1586年運用這一原理通過對「斯台文鏈」的分析,率先引出了力的平行四邊形定則。伽俐略在論證慣性定律時也應用過這一原理。
盡管原理的運用已取得了如此顯著的成績,但人們研製永動機的熱情不減。惠更斯(C·Huygens1629~1695)
在他1673年出版的《擺式時鍾》一書中就反映了這種觀點。書中,他把伽俐略關於斜面運動的研究成果運用於曲線運動,從而得出結論:在重力作用下,物體繞水平軸轉動時,其質心不會上升到它下落時的高度之上。因而,他得出用力學方法不可能製成永動機的結論;但他卻認為用磁石大概還是能造出永動機來的。針對這種情況,1775年,巴黎科學院不得不宣布:不再受理關於永動機的發明。
歷史上,運用「永動機是不可能製成」的這一原理在科研上取得最輝煌成就的是法國青年科學家卡諾(sadi Carnot 1796~1832)。1824年,他將該原理與熱質說結合推出了著名的「卡諾定理」。定理為提高熱機效率指明了方向,也為熱力學第二定律的提出奠定了基礎。但這里要特別強調的是,卡諾雖然將永動機不能造成的原理運用於熱機,但他的思想方法還是「機械的」。他在論證時將熱從高溫熱源向低溫熱源的流動同水從高處向低處流動類比,認為熱推動熱機作功就像水推動水輪機作功一樣,水和熱在流動中並無任何損失。
可見,從1475年達·芬奇提出「水動機是不可能造成的」起到1824年卡諾推出「卡諾定理」止,原理只能在機械運動和「熱質」流動中運用,它遠不是現代意義上的能量的轉化和守恆定律,它只能是機械運動中的能量守恆的經驗總結,是定律的原始形態。
1891年,亥姆霍茲(H·Helmloltz1821~1894)400)
在回顧他研究力的守恆律的起因時說:「如果永動機是不可能的話,那麼在自然條件下的不同的力之間應該存在什麼樣的關系呢?而且,這些關系實際上是否真正存在呢?」可見,「永動機是不能造成的」還很膚淺,要認識它的深刻的內涵,還須人們付出艱苦的勞動。
2定律的初期表述——力的守恆(1824~1850)
「能量的轉比和守恆定律」的提出必須建立在134三個基礎之上:對熱的本質的正確認識;對物質運動的各種形式之間的轉化的發現;相應的科學思想。到十九世紀,這三個條件都具備了。
1798年,倫福特(C· Rumford 1753~1814)向英國皇家學會提交了由炮筒實驗得出的熱的運動說的實驗報告。1800年,戴維(D·H·Davy 1778~1829)
用真空中摩擦冰塊使之溶化的實驗支持了倫福特的報告。1801年,托馬斯·楊(ThomasYoung 1773~1829)在《論光和色的理論》中,稱光和熱有相同的性質,強調了熱是一種運動。從此,熱的運動說開始逐步取代熱質說。
十八世紀與十九世紀之交,各種自然現象之間的相互轉化又相繼發現:在熱向功的轉化和光的化學效應發現之後,1800年發現了紅外線的熱效應。電池剛發明,就發現了電流的熱效應和電解現象。1820年,發現電流的磁效應,1831年發現電磁感應現象。1821年發現熱電現象,1834年發現其逆現象。等等。
世紀之交,把自然看成是「活力」的思想在德國發展成為「自然哲學」。這種哲學把整個宇宙視為某種根源性的力的發現而引起的歷史發展的產物。由這種觀點看來,一切自然力都可以看作是一種東西。當時,這種哲學思想在德國和西歐一些國家佔有支配地位。
這時,力的守恆原理的提出就勢在必行了。
歷史上,最早提出熱功轉換的是卡諾。他認為:「熱無非是一種動力,或者索性是轉換形式的運動。熱是一種運動。對物體的小部份來說,假如發生了動力的消滅,那麼與此同時,必然產生與消滅的動力量嚴格成正比的熱量。相反地,在熱消滅之處,就一定產生動力。因此可以建立這樣的命題:動力的量在自然界中是不變的,更確切地說,動力的量既不能產生,也不能消滅。」同時他還給出了熱功當量的粗略值。
可惜,卡諾的這一思想是在他死了46年以後的1878年才被人們發現的。而這之前的1842年,德國的邁耳(J·R·Mayer 1814~1878)400)
最先發表了比較全面的《力的守恆》的論文《論無機界的力》。文中他從「自然哲學」出發,以思辯的方式,由「原因等於結果」的因果鏈演釋出二十五種力的轉化形式。1845年,他還用定壓比熱容與定容比熱容之差:Cp-Cv=R,計算出熱功當量值為1卡等於365g·m。
1843年,英國實驗物理學家焦耳(J·P·Joule 1818~1889)400)this.style.width=400;">
在《哲學雜志》上發表了他測量熱功當量的實驗報告。此後,他還進行了更多更細的工作,測定了更精確的當量值。1850年,他發表的結果是:「要產生一磅水(在真空中稱量,其溫度在55°和60°之間)增加華氏1°的熱量,需要消耗772英磅下落一英尺所表示的機械功。」焦耳的工作,為「力的守恆」原理奠定了堅實的實驗基礎。
德國科學家亥姆霍茲於1847年發表了他的著作《論力的守恆》。文中,他提出了一切自然現象都應用中心力相互作用的質點的運動來解釋
由此證明了活力與張力之和對中心力守恆的結論。進面,他還討論了熱現象、電現象、化學現象與機械力的關系,並指出了把「力的守恆」原理運用到生命機體中去的可能性。由於亥姆霍茲的論述方式很有物理特色,故他的影響要比邁耳和焦耳大。
雖然,到此為止,定律的發現者們還是把能量稱作「力」;而且定律的表述也不夠准確,但實質上他們已發現了能量的轉化和守恆定律了。將兩種表述比較,可以看出:「力的守恆」比「永動機不能造成」要深刻得多。「力的守恆」涉及的是當已認識到的物質的一切運動形式;同時,它是在一定的哲學思想指導下(邁耳),在實驗的基礎上(焦耳),用公理化結構(亥姆霍茲)建立起的理論。如果現在仍用「永動機不能造成」來表述定律的話,那已賦予它新的內涵了,即現在的機器可以是機械的,也可以是熱的,電磁的、化學的,甚至可以是生物的了;同時,永動機不能永動的原因也得到揭示。
另外,也要看到,「力的守恆」原理雖然有焦耳的熱功當量和電熱當量的關系式,還有亥姆霍茲推出的各種關系式,但它們都是各自獨立的,還沒能用一個統一的解析式來表述。因此「力的守恆」還是不夠成熟的。
3定律的解析表述——熱力學第一定律(1850~1875)
要對定律進行解析表述,只有對「熱量」、「功」、「能量」和「內能」這些概念的准確定義才行。
「熱量」的慨念早在十八世紀就給出了,就是熱質的量。1829年,蓬斯萊(J·V· Poncelet 1788~1867)在研究蒸汽機的過程中,明確定義了功為力和距離之積。而「能量」的概念則是1717年,J·伯努力(J·Bernoulli 1667~1748)在論述虛位移時就採用過了的。托馬斯·揚於1805年就把力稱為能量,用過了的。托馬斯·揚於1805年就把力稱為能量,由此定義了揚氏模量。但他們的定義一直未被人們接受,難怪邁耳、焦耳和亥姆霍茲還用「力」來稱為能量。這對定律的表述極不利,再加上熱質說的影響還遠未肅清,因此「力的守恆」原理一直不為大多數人所接受。當然,也有一批有識之士認識到定律的重大意義並為它的完善進行了卓有成效的工作。其中最著名的是英國的W·湯姆孫(W·Thomson1824~1907)和德國的克勞修斯(R·Clausius 1822~1888)正是他們在前人的基礎上提出了熱力學第一和第二定律,由此建立了熱力學理論體系的大廈。
1850年,克勞修斯在德文版《物理學和化學年報》第79卷上,發表了《論熱的動力和能由此推出的關於熱學本身的定律》的論文。文中指出:卡諾定理是正確的,但要用熱運動說並加上另外的方法證明才行。他認為,單一的原理即「在一切由熱產生功的情況,有一個和產生功成正比的熱量被消耗掉,反之,通過消耗同樣數量的功也能產生這樣數量的熱。」是不夠的;還得加上一個原理即「沒有任何力的消耗或其它變化的情況下,就把任意多的熱量從一個冷體移到熱體,這與熱素來的行為相矛盾。」來論證。他說,只有這佯,才能把熱看成一種狀態量。接下來他作了以下的十分重要的工作:
對於永久氣體,下式成立:
pV=R(273+t) (1)
P是壓力,V是單位質量的體積,t是攝氏溫度。再考慮微小的卡諾循環,可由(1)式得出這一過程中所做的功為:
同時也可計算這一過程消耗的熱量:
設熱功當量的系數為A,應用焦耳原理,由(2)和(3)得:
這時克勞修斯引進了一個新的態函數U,(4)式變為:
對於這個新的態函數,他指出「其性質有如人們通常所說的那樣,假定它為總熱量,是一個V和t的函數,由變化的過程的初態和終態完全確定。」
U=U(V,t) (6)
就這樣,他得出了熱力學第一定律的解析式:
dQ=dU=dW (7)
我們知道,一個知識領域只有發展到了揭示和把握對象的規定和量的聯系時,也就是當用上了數學工具時,它才真正成為了一門科學。因此,只有到了這個時候,能量的轉化和守恆定律才同熱力學第二定律的熵的表述一起構成了熱力學的理論體系的基礎。
1853年,W·湯姆孫重新提出了能量的定義。他是這樣說的:「我們把給定狀態中的物質系統的能量表示為:當它從這個給定狀態無論以什麼方式過渡到任意一個固定的零態時,在系統外所產生的用機械功單位來量度的各種作用之和。」他還把態函數U稱為內能。直到這時,人們才開始把牛頓的「力」和表徵物質運動的「能量」區別開來,並廣泛使用。在此基礎上,蘇格蘭的物理學家蘭金*(W·J·M·Rankine 1820~1872)才把「力的守恆」原理改稱為「能量守恆」原理。
熱力學理論建立之後,很多人還是覺得不好理解,尤其是第二定律。為此,從1854年起,克勞修斯作了大量的工作,努力尋找一種為人們容易接受的證明方法來解釋這兩條原理(當時還是叫原理),並多次用通俗的語言進行宣講。這樣,直到1860年左右,能量原理才被人們普遍承認。
4定律的准確表述——能量的轉化和守恆定律(1875~1909)
1860年後,能量定律「很快成為全部自然科學的基石。特別是在物理學中,每一種新的理論首先要檢驗它是否跟能量守恆原理相符合。」但是,時至那時,原理的發現者們還只是著重從量的守恆上去概括定律的名稱,而沒強調運動的轉比。那到底是什麼時候原理才被概括成「能量的轉比和守恆定律」的呢?從恩格斯在《反杜林論》的一段論述中,可以得到問題的答案。
恩格斯說:「如果說,新發現的、偉大的運動基本規律,十年前還僅僅慨括為能量守恆定律,僅僅概括為運動不生不滅這種表述,就是說,僅僅從量方面概括它,那麼這種狹隘的、消極的表述日益被那種關於能量的轉化的積極表述所代替,在這里過程的質的內容第一次獲得了自己的權利,……」恩格斯這段話發表於1885年,他說十年前消極表述日益被積極表述所代替,由此判斷,「能量的轉化和守恆定律」這一準確而完善的表述應形成於1875年或稍後一點。
到此為止,似乎有關定律的一切問題都解決了。其實不然。
我們知道,直到二十世紀初,熱力學中的一個重要基本概念——熱量還是沿用的十八世紀的定義,而這個定義是以熱質說為基礎的。也就是說,在熱力學大廈的基石中還有一塊是不牢固的。因此,1909年,喀喇氏(C·Caratheeodory)對內能進行了重新定義:「任何一個物體或物體系在平衡態有一個態函數U,叫做它的內能,當這個物體從第一態經過一個絕熱過程到第二態後,它的內能的增加等於在過程中外界對它所做的功W。」
U2-U1=W (8)
這樣定義的內能就與熱量毫不相關了,它只與機械能和電磁能有關。在這一基礎上可以反過來定義熱量:
Q=U2-U1-W (9)
直到這個時候,熱力學第一定律(能量的轉化和守恆定律)、第二定律及整個熱力學理論才同熱質說實行了最徹底的決裂。
綜觀全文,可知「能量的轉化和守恆定律」的三種表述反映了人類認識這一自然規律的歷程。這三種表述一種比一種更深刻,一種比一種更接近客觀真理。人類正是這樣一步一步地認識物質世界的。