1. 股市遵循能量守恒定律吗
股市不遵守能力守恒定律。
2. 汪子然. 股市能量守恒理论
不要太相信这个。看看就可以不要拿来研究。股市的规律就是永远都没有规律。
3. 简述能量守恒定律及其意义
能量守恒定律即热力学第一定律是指在一个封闭(孤立)系统的总能量保持不变。其中总能量一般说来已不再只是动能与势能之和,而是静止能量(固有能量)、动能、势能三者的总量。
能量守恒定律表述为:一个系统的总能量的改变只能等于传入或者传出该系统的能量的多少。总能量为系统的机械能、热能及除热能以外的任何内能形式的总和。
能量守恒定律意义:能量守恒定律是自然界普遍的基本定律,是人们认识自然和利用自然的有力武器。
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能量守恒定律历史影响:
(1)否定永动机
永动机的概念发端于印度,在公元12世纪传入欧洲。据记载欧洲最早、最著名的一个永动机设计方案是13世纪时由法国V·亨内考提出来的。随后,研究和发明永动机的人不断涌现,尽管有不少学者研究指出永动机是不可能的。
文艺复兴时期意大利学者达·芬奇曾经花费不少精力研究永动机,最后得到永动机不可制造的结论。同时代的J·卡丹,也认为永动机是不可能的。第一类永动机违背了能量守恒定律,而第二类永动机则违背了热力学第二定律。随着对永动机不可能性的认识,一些国家的专利局决定不再受理发明永动机的专利申请。
(2)温度计发明
关于热的精确理论应当从制造温度计开始。17世纪,G·伽利略等人开始制作温度计。由于采用的温标使用不方便,后人很少使用。1714年,实用温标是德国物理学家D·华伦海开始使用水银做温度计,并且不断改进,1717年确定了华氏温标。
科学家正式确定华氏温标为:以水的沸点为212度,把32度定为水的冰点。这样规定,是尽量使通常的温度避免取负值。1742年至1743,瑞典天文学家A·摄耳修斯发明了摄氏温标,以标准状态下水的结冰温度为零度,水的沸点为100度。1948年摄氏温标被国际度量衡会议定为国际标准。
4. 如何通俗的理解能量守恒定律
能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,只能从一个物体传递给另一个物体,而且能量的形式也可以互相转换。这就是人们对能量的总结,称为能量守恒定律。能量守恒定律是自然界普遍的基本定律之一。
能量守恒定律(energy conservation law)即热力学第一定律是指在一个封闭(孤立)系统的总能量保持不变。其中总能量一般说来已不再只是动能与势能之和,而是静止能量(固有能量)、动能、势能三者的总量 。
能量守恒定律可以表述为:一个系统的总能量的改变只能等于传入或者传出该系统的能量的多少。总能量为系统的机械能、热能及除热能以外的任何内能形式的总和。
如果一个系统处于孤立环境,即不可能有能量或质量传入或传出系统。对于此情形,能量守恒定律表述为:“孤立系统的总能量保持不变。”
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在物理学中,能量守恒定律表明,给定参考框架中的孤立系统的总能量保持不变 - 随着时间的推移,它被认为是保守的。能量既不能创造也不能毁灭;而是从一种形式转变为另一种形式。例如,化学能可以在炸药棒的爆炸中转化为动能。在技术术语中,能量守恒可以被Noether定理严格证明是连续时间平移对称的直接后果。
能量守恒定律的结果是,第一类永久运动机器不能存在。也就是说,没有外部能源供应的系统可以为其周围环境提供无限量的能量。对于没有时间平移对称性的运动方程,可能无法定义能量守恒。实例包括广义相对论中的弯曲空间或凝聚态物理学中的时间晶体。
5. 分析能量守恒原理建立的科学渊源
答:一、定律诞生的前提条件: 1、认识热的本质,伦福德和戴维的实验为热的运动说提供了有力的支持,成了建立能量转化与守恒定律的前奏。19世纪40年代以前,自然科学的发展为能量转化与守恒定律的建立奠定了基础:2、力学方面,早已发现了机械运动在一定条件下的不灭性(动量守恒、“活力”守恒)3、发现了各种“自然力”相互转化的现象4、永动机不可能实现的历史教训,从反面提供了能量守恒的例证;5、建立了能量的初步概念;6、在一些特殊情况下接触到能量守恒与转化定律,如楞次定律、赫斯定律7、蒸汽机的发明与不断改进。 二、迈尔的贡献 1842年发表了题为《热的力学的几点说明》的论文,叙述了普遍的“力”(即能)的转化与守恒的概念,所以一般都承认迈尔是建立热力学第一定律(即能量守恒定律)的第一人。 三、焦耳对热功当量的测定 焦耳对电和磁的研究很感兴趣。他通过测定热功当量为建立能量守恒定律提供了实验依据。 焦耳通过实验得出结论:热功当量是一个普适常量,与作功的方式无关。他证实了自然界的能量是等量转换的,是不会被消灭的,哪里消耗了机械能或电磁能,总可以在某些地方得到相当的能量。焦耳的实验工作为热力学第一定律的建立奠定了实验基础,由此能量守恒定律牢固地确立起来。 四、亥姆霍兹的工作 从多方面论证能量守恒和转化定律的人是德国的海曼.亥姆霍兹。 1847年,26岁的亥姆霍兹写了一篇重要的论文《力的守恒》这篇论文在热力学的发展中占有重要的地位
6. 能量守恒原理是怎么被证实的
多年以前,在19世纪中叶到来之前,人们曾经有过奇妙的想法:能不能建造永动机。
很多人设计过一系列的试验,著名的科学家兼艺术天才达·芬奇就设想过很多方案。无数人的努力均宣告失败。
直到能量守恒定律的提出并完全确认,人们才从幻想中走出。
“能量”是英国物理学家和医生托马斯·杨于1807年最先提出的。
最初发现物体运动的总量守恒的特点是法国大哲学家、数学家和物理学家笛卡尔。
他在1644年的《哲学原理》中提出了运动不灭的思想。
“运动实际上不过是运动物体的一种状态,但它具有一定的量,不难设想,这个量在整个宇宙中会是守恒的,尽管在任何一个部分中是在变化的”。他还指出,这个守恒的运动的量就是物体的质量与速度之积(这后来成为“动量”的内涵)。
1686年,德国数学家、微积分的创始人之一莱布尼茨发现,物体的质量与速度的积的平方也为恒量。莱布尼茨称其为“活力”,并认为只有“活力”才能真正代表运动的量。
关于运动的量度,笛卡尔的后继人与莱布尼茨的后继学派展开50多年的争论。
他们两人在17世纪作出的发现局限在机械能方面,没有将宇宙间的运动概括进去,没能真正提出宇宙能量的守恒原理。
18世纪末,热质说占了统治地位。美国物理学家汤姆逊(1753~1814年)推翻了热质说,推动了能量守恒原理的发展。1798年,汤姆逊在慕尼黑做摩擦生热的实验。
他用一支十分粗钝的钻头来摩擦炮身,连续达两三个小时,结果这次摩擦生出的热使冷水达到沸点。
这说明运动生热,热不是一种实体,不是一种物质,而是物质的存在方式转化,动能转化为热能。热质说基本站不住脚了。
卡诺是第一个发现能量守恒原理思想的人。一般认为,真正最早提出广义能量守恒原理的是德国青年医生迈尔。
1840年,迈尔26岁。他以“船医”的身份跟随荷兰驶往东印度的船到达过爪哇。
在为船员们医治时,他发现,人们血管中的静脉血在赤道等热带地区要比在欧洲时红亮。
迈尔是一名具有物理化学基础的人,他提出,血液转红亮是富含氧较多的结果。他同时研究动物热的问题。
在这个过程中,由食物到运动,迈尔产生了想法:人的有机体只需要吸收食物中较少的热量,在高热带环境中就可以了。人的体热和肌肉的机械作功之能量,均来源于食物,即化学能。
他进一步认识到,体力体热既然都来源于化学能,如果动物体能量的输入。输出保持平衡的话,那么所有这些形式的能量就必定守恒。
19世纪上半叶以前,科学史专家认为:“人们有一种预感:存在着一种‘力’,它按着各种情况以机械运动、化学亲和性、电、光、热、磁等等不同形式出现,它们之间的任何一种形式都可以转化为另外的一种形式。”
从伏打电池化学能转化为物理能,从英国尼科尔逊用电池电解水又将物理电能转为化学能,以及奥斯特、安培等揭示的电能向机械能转化,法拉第又揭示了机械能的反向转化为电能,这一系列的学说、实验,使得研究相互转化的条件成熟。
从19世纪40年代开始,在世界范围内掀起了19世纪大定律的发现热潮。十几个不同身份不同国籍的学者几乎同时提出了广义的能量原理,他们的工作方式,提出角度更证明了这一原理的科学普遍性。
在这当中,迈尔无疑是第一位的。
1842年,迈尔写了《论无机自然界的力》,指出力(能量)像物质一样也是一种“原因”,而一切因的首要性质是“不灭性”。他说“力是不可毁灭的而可转化的无重客体”。
这就从因和果的不灭性上论证了“力(能量)”的不灭性。
这篇文章浓重的德国传统色彩太过思辨了,也真是令人称奇。几经周折,论文在《化学和药物学杂志》发表。但是人们不理解,也没有引起注意。
之后,迈尔又继续投稿,阐述能量的守恒和转化。但是由于这种纯哲学的色彩和基础,物理学界始终不承认。甚至在迈尔计算出热功当量值的时候,物理学界仍然给予了蔑视。
最后,迈尔的推论日趋严格准确,范围越来越广,直至化学、天文、生命科学,涵盖当今宇宙的一切现象本质。
在能量守恒定律的实验证明上最早作出重要贡献的是焦耳。然而这也是科学史所认识到的,在焦耳生前,没有受到划时代工作应有的认识。
焦耳几乎与迈尔同时提出能量守恒概念。
在1818年,焦耳生于英国的兰格良尔。他的父亲是一位富有的啤酒商。
在幼年时,焦耳的身体便不好,因此他一直在家学习,没有取得高等学位。因为家境很好,所以在小时候,父亲就为他置办了他喜爱的实验器具。
焦耳对实验十分热爱,特别是喜欢极其精确的测量工作。
1833年后,焦耳接替父亲管理啤酒厂,成为一名企业家。他在繁忙的工作之余,把全部精力放在了实验研究上。
这位业余物理学家一直研究关于功与热量的度量。
1840年,焦耳发现电流具有热效应,电和热相互转化的焦耳定律提出:导体在单位时间内放出的热量与电路的电阻成正比,与电流强度的平方成正比。
1843年,焦耳测定了1000卡的热当量为460千克重米。
1847年4月,他在曼彻斯特作了一个通俗演讲,第一次充分地阐述了现代能量守恒原理的思想。
在这期间,焦耳设计了很多实验来测热功当量,他设计过气体膨胀的实验,还设计过绝热容器中叶轮搅水的实验。
焦耳没有学位,只是一位业余的物理研究者,他的论文没有分量,皇家学会不发表他的论文。
1847年6月,焦耳终于得以在牛津召开的科学促进会上发言。但是大会主席只要求焦耳做一个简明扼要的发言,不要论证和解释,也没有发挥和引申的权力。
焦耳的发言十分短暂,几乎没有引起人们的注意。然而,一位青年人却站了起来。这位青年的总结评价扭转了局面。他就是23岁的威廉·汤姆逊。
汤姆逊以滔滔雄辩的口才和严密的推理肯定了这项新的理论。结果论文引起了轰动效应,焦耳步入了科学界。
汤姆逊与焦耳互相切磋,焦耳第一次听到了卡诺的有关思想,而汤姆逊则更受到了崭新观念的启发。
就这样,焦耳以40年左右的时间,进行了400多次实验,测定了一卡的热功当量,为真正的能量守恒原理建立了确凿的实验证据和基础。
到了1850年左右,能量守恒定律得到了广泛普遍的承认。
为这一定律最终确定而作出划时代成果的是亥姆霍兹。
亥姆霍兹明确提出并系统证明了全面的能量守恒原理。
亥姆霍兹也是一位医生,并且是生理学家。能量守恒定律由先驱者迈尔医生到集大成者亥姆霍兹医生,形成一个奇妙的巧合。
正因为对能量守恒研究的兴趣,亥姆霍兹才成为大物理学家和数学家。他也是在生理学研究中,通过动物热的途径发现了能量守恒原理。
1847年,26岁的亥姆霍兹在柏林物理学会上宣读了论文《论力的守恒》,全面系统地论证了这一原理。
亥姆霍兹认为,“自然力不管怎样组合,也不可能得到无限量”;“一种自然力如果由另一种自然力产生时,其力的当量不变”。
德语中,力的意义本来就在“能量”的意义上使用着。亥姆霍兹用数学化的形式表述了在孤立系统中机械能的守恒。他把能量的概念进一步推广到各个科学领域,将永动机与能量守恒相比较对照。
德国最权威的《物理学和化学年鉴》主编波根多夫是拒绝了迈尔的人,他同样也拒绝了亥姆霍兹。亥姆霍兹只好自己将论文印刷成小册子,很长时间得不到重视。
后来杜林等人攻击亥姆霍兹,说他剽窃了迈尔的理论。但三人较为独立地提出能量守恒的概念是事实。焦耳和亥姆霍兹都尊重迈尔的成果,认为是迈尔最先提出这一理论的。
准确地说,是迈尔最先以公开的形式发表了论文,是焦耳从实验上领了先,而后是亥姆霍兹真正精确系统地确立了这一原理。
恩格斯在《自然辩证法》中称赞这一原理奠定了唯物主义自然辩证观。
我们发现,几乎同时,许多人提出了这一理论。能量守恒原理是牛顿物理经典力学建立以来的最大成就,是19世纪30年代、40年代不同侧面提出的原理。
它揭示了热、机械、电、化学等物质运动的形式之内在联系,达到了第二次物理理论大综合。
德国生物化学家莫尔(1806~1878年);
法国铁道工程师塞甘(1786~1875年);
德国物理学家霍耳兹莫(1811~1865年);
丹麦工程师柯耳丁(1815~1888年);
法国物理学家伊伦(1815~1890年);
英国律师格罗夫(1811~1896年)……
这一系列的名字铸就了同时发生的辉煌的发现。但我们更应该缅怀卡诺·迈尔、焦耳、亥姆霍兹的努力。是他们在困难下坚持研究,后人在他们的基础上奋然前行。
科学史家准确的评价代表了我们的看法:“从笛卡尔和莱布尼茨的理论到能量守恒原理,中间好像只隔了一层几乎是透明的薄膜,但由于历史条件不成熟,200年间就没有人能够突破它,把力学领域内的机械能的守恒扩展成为一般的能量守恒原理。一旦历史条件成熟了,就像洪水决口一样,从四面八方奔腾而出。这生动地告诉我们,科学上的历史突破,个人的努力和才能固然是重要因素,客观历史条件(包括社会、生产和科学状况)则更为根本。这也就体现了历史的必然。”
7. 股市是否存在能量守恒定律
能量守恒是物理问题,但是任何事物都是一样的道理,只要你理解清楚都是可以一一对应的
老子说过: 道生一,一生二,二生三,三生万物
所以物理定律和股市都是源于道,因此都可以按照相同的规律来解释
1 我们说在一个封闭系统里,能量守恒。但是,股票市场并不是一个封闭系统,它是一个开放系统,所以能量守恒的概念不能用在股票市场
2 我们可以把股票市场有关的东西全部看成一个系统,以至于这个系统和外界不存在任何物质、能量、信息的交换关系,这样在这个系统内确实能量守恒。
比如电能,被你用在电灯以后就消失了,但是能量是守恒的,电能只不过转换为光能和热能而已。
所以能量守恒是永远的,只是能量的形式却不一而足,经常地情况下,有用能转换为无用能
经济也一样,金钱、市值可以看作一种对人们有用的能量,但是由于市场的运行,这些能量被消耗了,转换为其他形式的能量,比如流动性、市场混乱度等等
所以应该这样回答你的问题:
股市不存在守恒定律。但是股市和它外部所有联系的系统整体存在守恒定律。资金只是能量的一种形式,可以转换为其他形式的能量
8. 能量守恒原理的意义是什么
能量守恒的意义首要的是建立物质运动变化过程中的某种物理量间的等量关系。对此,我们无需知道物质间实际的相互作用过程,也无需知道物质运动变化过程中的能量间的转化途径,只要建立和物质运动状态相对应的能量与物理量间的关系,就可以对物质运动变化过程中得初状态和终状态间建立一种等量关系,这样便于对物质运动变化过程的量求解。
9. 很多人认为股市现在是牛市,进股市就能赚钱,这是否违背物理学中能量守恒的定律
能量守恒,是物理定律
资本市场,如果也有定律,那只要入市股民遵守定律法则,人人都成大款了。。。
10. 说明能量守恒原理的科学渊源
能量守恒和能量转化定律与细胞学说,进化论合称19世纪自然科学的三大发现。而其中能量守恒和转化定律的发现,却是和一个“疯子”医生联系起来的。
这个被称为“疯子”的医生名叫迈尔(1814~1878),德国人,1840年开始在汉堡独立行医。他对万事总要问个为什么,而且必亲自观察,研究,实验。1840年2月22日,他作为一名随船医生跟着一支船队来到印度尼西亚。一日,船队在加尔各达登陆,船员因水土不服都生起病来,于是迈尔依老办法给船员们放血治疗。在德国,医治这种病时只需在病人静脉血管上扎一针,就会放出一股黑红的血来,可是在这里,从静脉里流出的仍然是鲜红的血。于是,迈尔开始思考:人的血液所以是红的是因为里面含有氧,氧在人体内燃烧产生热量,维持人的体温。这里天气炎热,人要维持体温不需要燃烧那么多氧了,所以静脉里的血仍然是鲜红的。那么,人身上的热量到底是从哪来的?顶多500克的心脏,它的运动根本无法产生如此多的热,无法光靠它维持人的体温。那体温是靠全身血肉维持的了,而这又靠人吃的食物而来,不论吃肉吃菜,都一定是由植物而来,植物是靠太阳的光热而生长的。太阳的光热呢?太阳如果是一块煤,那么它能烧4600年,这当然不可能,那一定是别的原因了,是我们未知的能量了。他大胆地推出,太阳中心约2750万度(现在我们知道是1500万度)。迈尔越想越多,最后归结到一点:能量如何转化(转移)?
他一回到汉堡就写了一篇《论无机界的力》,并用自己的方法测得热功当量为365千克米/千卡。他将论文投到《物理年鉴》,却得不到发表,只好发表在一本名不见经传的医学杂志上。他到处演说:“你们看,太阳挥洒着光与热,地球上的植物吸收了它们,并生出化学物质……”可是即使物理学家们也无法相信他的话,很不尊敬地称他为“疯子”,而迈尔的家人也怀疑他疯了,竟要请医生来医治他。他因不被人理解,终于跳楼自杀了。
和迈尔同时期研究能量守恒的还有一个英国人——焦耳(1818~1889),他自幼在道尔顿门下学习化学、数学、物理,他一边经营父亲留下的啤酒厂,一边搞科学研究。1840年,他发现将通电的金属丝放入水中,水会发热,通过精密的测试,他发现:通电导体所产生的热量与电流强度的平方,导体的电阻和通电时间成正比。这就是焦耳定律。1841年10月,他的论文在《哲学杂志》上刊出。随后,他又发现无论化学能,电能所产生的热都相当于一定功,即460千克米/千卡。1845年,他带上自己的实验仪器及报告,参加在剑桥举行的学术会议。他当场做完实验,并宣布:自然界的力(能)是不能毁灭的,哪里消耗了机械力(能),总得到相当的热。可台下那些赫赫有名的大科学家对这种新理论都摇头,连法拉第也说:“这不太可能吧。”更有一个叫威廉·汤姆孙(1824~1907)的数学教授,他8岁随父亲去大学听课,10岁正式考入该大学,乃是一位奇才,而今天听到一个啤酒匠在这里乱嚷一些奇怪的理论,就非常不礼貌地当场退出会场。
焦耳不把人们的不理解放在心上,他回家继续做着实验,这样一直做了40年,他把热功当量精确到了423.9千克米/千卡。1847年,他带着自己新设计的实验又来到英国科学协会的会议现场。在他极力恳求下,会议主席才给他很少的时间让他只做实验,不做报告。焦耳一边当众演示他的新实验,一边解释:“你们看,机械能是可以定量地转化为热的,反之一千卡的热也可以转化为423.9千克米的功……”突然,台下有人大叫道:“胡说,热是一种物质,是热素,他与功毫无关系”这人正是汤姆孙。焦耳冷静地回答到:“热不能做功,那蒸汽机的活塞为什么会动?能量要是不守恒,永动机为什么总也造不成?”焦耳平淡的几句话顿时使全场鸦雀无声。台下的教授们不由得认真思考起来,有的对焦耳的仪器左看右看,有的就开始争论起来。
汤姆孙碰了钉子后,也开始思考,他自己开始做试验,找资料,没想到竟发现了迈尔几年前发表的那篇文章,其思想与焦耳的完全一致!他带上自己的试验成果和迈尔的论文去找焦耳,他抱定负荆请罪的决心,要请焦耳共同探讨这个发现。
在啤酒厂里汤姆孙见到了焦耳,看着焦耳的试验室里各种自制的仪器,他深深为焦耳的坚韧不拔而感动。汤姆孙拿出迈尔的论文,说道:“焦耳先生,看来您是对的,我今天是专程来认错的。您看,我是看了这篇论文后,才感到您是对的。”焦耳看到论文,脸上顿时喜色全失:“汤姆孙教授,可惜您再也不能和他讨论问题了。这样一个天才因为不被人理解,已经跳楼自杀了,虽然没摔死,但已经神经错乱了。”
汤姆孙低下头,半天无语。一会儿,他抬起头,说道:“真的对不起,我这才知道我的罪过。过去,我们这些人给了您多大的压力呀。请您原谅,一个科学家在新观点面前有时也会表现得很无知的。”一切都变得光明了,两人并肩而坐,开始研究起实验来。
1853年,两人终于共同完成能量守恒和转化定律的精确表述。
能量的转化和守恒定律有三种表述:永动机不能造成,能量的转化和守恒定律及热力学第一定律。这三种表述在文献中是这样叙述的:“热力学第一定律就是能量守恒定律。”“根据能量守恒定律,……所谓永动机是一定造不成的。反过来,由永动机的造不成也可导出能量守恒定律。”这里不难看出,三种表述是完全等价的。但笔者认为,这种等价是现代人赋予它们的现代价值,若从历史发展的角度来考查就会发现,三种表述另有它连续性的一面,但还有差异性的一面。这种差异反映了人类认识定律的不同阶段。
1定律的经验性表述——永动机是不可能造成的(1475~1824)
很早以前,人类就开始利用自然力为自己服务,大约到了十三世纪,开始萌发了制造永动机的愿望。到了十五世纪,伟大的艺术家、科学家和工程师达·芬奇(Leonard·do·Vinci 1452~1519),也投入了永动机的研究工作。他曾设计过一台非常巧妙的水动机,但造出来后它并没永动下去。1475年,达·芬奇认真总结了历史上的和自己的失败教训,得出了一个重要结论:“永动机是不可能造成的。”在工作中他还认识到,机器之所以不能永动下去,应与摩擦有关。于是,他对摩擦进行了深入而有成效的研究。但是,达·芬奇始终没有,也不可能对摩擦为什么会阻碍机器运动作出科学解释,即他不可能意识到摩擦(机械运动)与热现象之间转化的本质联系。
此后,虽然人们还是致力于永动机的研制,但也有一部分科学工作者相继得出了“永动机是不可能造成的”结论,并把它作为一条重要原理用于科学研究之中。荷兰的数学力学家斯台文(SimonStevin 1548~1620),于1586年运用这一原理通过对“斯台文链”的分析,率先引出了力的平行四边形定则。伽俐略在论证惯性定律时也应用过这一原理。
尽管原理的运用已取得了如此显著的成绩,但人们研制永动机的热情不减。惠更斯(C·Huygens1629~1695)
在他1673年出版的《摆式时钟》一书中就反映了这种观点。书中,他把伽俐略关于斜面运动的研究成果运用于曲线运动,从而得出结论:在重力作用下,物体绕水平轴转动时,其质心不会上升到它下落时的高度之上。因而,他得出用力学方法不可能制成永动机的结论;但他却认为用磁石大概还是能造出永动机来的。针对这种情况,1775年,巴黎科学院不得不宣布:不再受理关于永动机的发明。
历史上,运用“永动机是不可能制成”的这一原理在科研上取得最辉煌成就的是法国青年科学家卡诺(sadi Carnot 1796~1832)。1824年,他将该原理与热质说结合推出了著名的“卡诺定理”。定理为提高热机效率指明了方向,也为热力学第二定律的提出奠定了基础。但这里要特别强调的是,卡诺虽然将永动机不能造成的原理运用于热机,但他的思想方法还是“机械的”。他在论证时将热从高温热源向低温热源的流动同水从高处向低处流动类比,认为热推动热机作功就像水推动水轮机作功一样,水和热在流动中并无任何损失。
可见,从1475年达·芬奇提出“水动机是不可能造成的”起到1824年卡诺推出“卡诺定理”止,原理只能在机械运动和“热质”流动中运用,它远不是现代意义上的能量的转化和守恒定律,它只能是机械运动中的能量守恒的经验总结,是定律的原始形态。
1891年,亥姆霍兹(H·Helmloltz1821~1894)400)
在回顾他研究力的守恒律的起因时说:“如果永动机是不可能的话,那么在自然条件下的不同的力之间应该存在什么样的关系呢?而且,这些关系实际上是否真正存在呢?”可见,“永动机是不能造成的”还很肤浅,要认识它的深刻的内涵,还须人们付出艰苦的劳动。
2定律的初期表述——力的守恒(1824~1850)
“能量的转比和守恒定律”的提出必须建立在134三个基础之上:对热的本质的正确认识;对物质运动的各种形式之间的转化的发现;相应的科学思想。到十九世纪,这三个条件都具备了。
1798年,伦福特(C· Rumford 1753~1814)向英国皇家学会提交了由炮筒实验得出的热的运动说的实验报告。1800年,戴维(D·H·Davy 1778~1829)
用真空中摩擦冰块使之溶化的实验支持了伦福特的报告。1801年,托马斯·杨(ThomasYoung 1773~1829)在《论光和色的理论》中,称光和热有相同的性质,强调了热是一种运动。从此,热的运动说开始逐步取代热质说。
十八世纪与十九世纪之交,各种自然现象之间的相互转化又相继发现:在热向功的转化和光的化学效应发现之后,1800年发现了红外线的热效应。电池刚发明,就发现了电流的热效应和电解现象。1820年,发现电流的磁效应,1831年发现电磁感应现象。1821年发现热电现象,1834年发现其逆现象。等等。
世纪之交,把自然看成是“活力”的思想在德国发展成为“自然哲学”。这种哲学把整个宇宙视为某种根源性的力的发现而引起的历史发展的产物。由这种观点看来,一切自然力都可以看作是一种东西。当时,这种哲学思想在德国和西欧一些国家占有支配地位。
这时,力的守恒原理的提出就势在必行了。
历史上,最早提出热功转换的是卡诺。他认为:“热无非是一种动力,或者索性是转换形式的运动。热是一种运动。对物体的小部份来说,假如发生了动力的消灭,那么与此同时,必然产生与消灭的动力量严格成正比的热量。相反地,在热消灭之处,就一定产生动力。因此可以建立这样的命题:动力的量在自然界中是不变的,更确切地说,动力的量既不能产生,也不能消灭。”同时他还给出了热功当量的粗略值。
可惜,卡诺的这一思想是在他死了46年以后的1878年才被人们发现的。而这之前的1842年,德国的迈耳(J·R·Mayer 1814~1878)400)
最先发表了比较全面的《力的守恒》的论文《论无机界的力》。文中他从“自然哲学”出发,以思辩的方式,由“原因等于结果”的因果链演释出二十五种力的转化形式。1845年,他还用定压比热容与定容比热容之差:Cp-Cv=R,计算出热功当量值为1卡等于365g·m。
1843年,英国实验物理学家焦耳(J·P·Joule 1818~1889)400)this.style.width=400;">
在《哲学杂志》上发表了他测量热功当量的实验报告。此后,他还进行了更多更细的工作,测定了更精确的当量值。1850年,他发表的结果是:“要产生一磅水(在真空中称量,其温度在55°和60°之间)增加华氏1°的热量,需要消耗772英磅下落一英尺所表示的机械功。”焦耳的工作,为“力的守恒”原理奠定了坚实的实验基础。
德国科学家亥姆霍兹于1847年发表了他的著作《论力的守恒》。文中,他提出了一切自然现象都应用中心力相互作用的质点的运动来解释
由此证明了活力与张力之和对中心力守恒的结论。进面,他还讨论了热现象、电现象、化学现象与机械力的关系,并指出了把“力的守恒”原理运用到生命机体中去的可能性。由于亥姆霍兹的论述方式很有物理特色,故他的影响要比迈耳和焦耳大。
虽然,到此为止,定律的发现者们还是把能量称作“力”;而且定律的表述也不够准确,但实质上他们已发现了能量的转化和守恒定律了。将两种表述比较,可以看出:“力的守恒”比“永动机不能造成”要深刻得多。“力的守恒”涉及的是当已认识到的物质的一切运动形式;同时,它是在一定的哲学思想指导下(迈耳),在实验的基础上(焦耳),用公理化结构(亥姆霍兹)建立起的理论。如果现在仍用“永动机不能造成”来表述定律的话,那已赋予它新的内涵了,即现在的机器可以是机械的,也可以是热的,电磁的、化学的,甚至可以是生物的了;同时,永动机不能永动的原因也得到揭示。
另外,也要看到,“力的守恒”原理虽然有焦耳的热功当量和电热当量的关系式,还有亥姆霍兹推出的各种关系式,但它们都是各自独立的,还没能用一个统一的解析式来表述。因此“力的守恒”还是不够成熟的。
3定律的解析表述——热力学第一定律(1850~1875)
要对定律进行解析表述,只有对“热量”、“功”、“能量”和“内能”这些概念的准确定义才行。
“热量”的慨念早在十八世纪就给出了,就是热质的量。1829年,蓬斯莱(J·V· Poncelet 1788~1867)在研究蒸汽机的过程中,明确定义了功为力和距离之积。而“能量”的概念则是1717年,J·伯努力(J·Bernoulli 1667~1748)在论述虚位移时就采用过了的。托马斯·扬于1805年就把力称为能量,用过了的。托马斯·扬于1805年就把力称为能量,由此定义了扬氏模量。但他们的定义一直未被人们接受,难怪迈耳、焦耳和亥姆霍兹还用“力”来称为能量。这对定律的表述极不利,再加上热质说的影响还远未肃清,因此“力的守恒”原理一直不为大多数人所接受。当然,也有一批有识之士认识到定律的重大意义并为它的完善进行了卓有成效的工作。其中最著名的是英国的W·汤姆孙(W·Thomson1824~1907)和德国的克劳修斯(R·Clausius 1822~1888)正是他们在前人的基础上提出了热力学第一和第二定律,由此建立了热力学理论体系的大厦。
1850年,克劳修斯在德文版《物理学和化学年报》第79卷上,发表了《论热的动力和能由此推出的关于热学本身的定律》的论文。文中指出:卡诺定理是正确的,但要用热运动说并加上另外的方法证明才行。他认为,单一的原理即“在一切由热产生功的情况,有一个和产生功成正比的热量被消耗掉,反之,通过消耗同样数量的功也能产生这样数量的热。”是不够的;还得加上一个原理即“没有任何力的消耗或其它变化的情况下,就把任意多的热量从一个冷体移到热体,这与热素来的行为相矛盾。”来论证。他说,只有这佯,才能把热看成一种状态量。接下来他作了以下的十分重要的工作:
对于永久气体,下式成立:
pV=R(273+t) (1)
P是压力,V是单位质量的体积,t是摄氏温度。再考虑微小的卡诺循环,可由(1)式得出这一过程中所做的功为:
同时也可计算这一过程消耗的热量:
设热功当量的系数为A,应用焦耳原理,由(2)和(3)得:
这时克劳修斯引进了一个新的态函数U,(4)式变为:
对于这个新的态函数,他指出“其性质有如人们通常所说的那样,假定它为总热量,是一个V和t的函数,由变化的过程的初态和终态完全确定。”
U=U(V,t) (6)
就这样,他得出了热力学第一定律的解析式:
dQ=dU=dW (7)
我们知道,一个知识领域只有发展到了揭示和把握对象的规定和量的联系时,也就是当用上了数学工具时,它才真正成为了一门科学。因此,只有到了这个时候,能量的转化和守恒定律才同热力学第二定律的熵的表述一起构成了热力学的理论体系的基础。
1853年,W·汤姆孙重新提出了能量的定义。他是这样说的:“我们把给定状态中的物质系统的能量表示为:当它从这个给定状态无论以什么方式过渡到任意一个固定的零态时,在系统外所产生的用机械功单位来量度的各种作用之和。”他还把态函数U称为内能。直到这时,人们才开始把牛顿的“力”和表征物质运动的“能量”区别开来,并广泛使用。在此基础上,苏格兰的物理学家兰金*(W·J·M·Rankine 1820~1872)才把“力的守恒”原理改称为“能量守恒”原理。
热力学理论建立之后,很多人还是觉得不好理解,尤其是第二定律。为此,从1854年起,克劳修斯作了大量的工作,努力寻找一种为人们容易接受的证明方法来解释这两条原理(当时还是叫原理),并多次用通俗的语言进行宣讲。这样,直到1860年左右,能量原理才被人们普遍承认。
4定律的准确表述——能量的转化和守恒定律(1875~1909)
1860年后,能量定律“很快成为全部自然科学的基石。特别是在物理学中,每一种新的理论首先要检验它是否跟能量守恒原理相符合。”但是,时至那时,原理的发现者们还只是着重从量的守恒上去概括定律的名称,而没强调运动的转比。那到底是什么时候原理才被概括成“能量的转比和守恒定律”的呢?从恩格斯在《反杜林论》的一段论述中,可以得到问题的答案。
恩格斯说:“如果说,新发现的、伟大的运动基本规律,十年前还仅仅慨括为能量守恒定律,仅仅概括为运动不生不灭这种表述,就是说,仅仅从量方面概括它,那么这种狭隘的、消极的表述日益被那种关于能量的转化的积极表述所代替,在这里过程的质的内容第一次获得了自己的权利,……”恩格斯这段话发表于1885年,他说十年前消极表述日益被积极表述所代替,由此判断,“能量的转化和守恒定律”这一准确而完善的表述应形成于1875年或稍后一点。
到此为止,似乎有关定律的一切问题都解决了。其实不然。
我们知道,直到二十世纪初,热力学中的一个重要基本概念——热量还是沿用的十八世纪的定义,而这个定义是以热质说为基础的。也就是说,在热力学大厦的基石中还有一块是不牢固的。因此,1909年,喀喇氏(C·Caratheeodory)对内能进行了重新定义:“任何一个物体或物体系在平衡态有一个态函数U,叫做它的内能,当这个物体从第一态经过一个绝热过程到第二态后,它的内能的增加等于在过程中外界对它所做的功W。”
U2-U1=W (8)
这样定义的内能就与热量毫不相关了,它只与机械能和电磁能有关。在这一基础上可以反过来定义热量:
Q=U2-U1-W (9)
直到这个时候,热力学第一定律(能量的转化和守恒定律)、第二定律及整个热力学理论才同热质说实行了最彻底的决裂。
综观全文,可知“能量的转化和守恒定律”的三种表述反映了人类认识这一自然规律的历程。这三种表述一种比一种更深刻,一种比一种更接近客观真理。人类正是这样一步一步地认识物质世界的。