熱門推薦:第074章能量守恆原理

他原本是瑞士人，3歲時到俄國，當過醫生，在彼得堡執教，他以熱化學研究著稱。

1836年赫斯向彼得堡科學院報告:“經過連續的研究，我確信，不管用什麽方式完成化合，由此發出的熱總是恆定的，這個原理是如此之明顯，以至於如果我不認為已經被證明，也可以不加思索就認為它是一條公理。”

便於1840年3月27日在一次科學院演講中提出了一個普遍的表述:“當組成任何一種化學化合物時，往往會同時放出熱量，這熱量不取決於化合是直接進行還是經過幾道反應間接進行。”

以後他把這條定律廣泛應用於他的熱化學研究中。

赫斯的這一發現第一次反映了熱力學第一定律的基本原理;熱和功的總量與過程途徑無關，隻決定於體系的始末狀態。

體現了系統的內能的基本性質——與過程無關。

赫斯的定律不僅反映守恆的思想，也包括了“力”的轉變思想。

至此，能量轉化與守恆定律已初步形成。

而其實法國工程師薩迪·卡諾早在1830年就已確立了功熱相當的思想，他在筆記中寫道:“熱不是別的什麽東西，而是動力，或者可以說，它是改變了形式的運動，它是(物體中粒子的)一種運動(的形式)。

當物體的粒子的動力消失時，必定同時有熱產生，其量與粒子消失的動力精確地成正比。

相反地，如果熱損失了，必定有動力產生。”

“因此人們可以得出一個普遍命題:在自然界中存在的動力，在量上是不變的。

準確地說，它既不會創生也不會消滅;實際上，它隻改變了它的形式。”

卡諾未作推導而基本上正確地給出了熱功當量的數值:370千克米/千卡。

但由於卡諾過早地死去，他的弟弟雖看過他的遺稿，卻不理解這一原理的意義，直到1878年，才公開發表了這部遺稿。

而這時，熱力學第一定律早已建立了。

能量守恆定律是自然界普遍的基本定律之一。

一般表述為:能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只會從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到其它物體，而能量的總量保持不變。

也可以表述為: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、內能(熱能)及除機械能和內能以外的任何形式能量的總和。

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。”

能量守恆定律發現於19世紀40年代，它是在5個國家、由各種不同職業的10余位科學家從不同側面各自獨立發現的。

其中邁爾、焦耳、亥姆霍茲是主要貢獻者。

邁爾是一位醫生。在一次駛往印度尼西亞的航行中，邁爾作為隨船醫生，在給生病的船員放血時，得到了重要啟示，發現靜脈血不像生活在溫帶國家中的人那樣顏色暗淡，而是像動脈血那樣新鮮。

【話說，目前朗讀聽書最好用的app，咪咪閱讀， 安裝最新版。】

當地醫生告訴他，這種現象在遼闊的熱帶地區是到處可見的。

他還聽到海員們說，暴風雨時海水比較熱。這些現象引起了邁爾的沉思。

他想到，食物中含有化學能，它像機械能一樣可以轉化為熱。

在熱帶高溫情況下，

機體只需要吸收食物中較少的熱量，所以機體中食物的燃燒過程減弱了，因此靜脈血中留下了較多的氧。他已認識到生物體內能量的輸入和輸出是平衡的。邁爾在1842年發表的題為《熱的力學的幾點說明》中，宣布了熱和機械能的相當性和可轉換性，他的推理如下:

“力是原因:因此，我們可以全面運用這樣一條原則來看待它們，即‘因等於果’。設因c有果e，則c=e;反之，設e為另一果f之因，則有e=f等等，c=e=f=…=c在一串因果之中，某一項或某一項的某一部分絕不會化為烏有，這從方程式的性質就可明顯看出。這是所有原因的第一個特性，我們稱之為不滅性。”

接著邁爾用反證法，證明守恆性(不滅性):

“如果給定的原因c產生了等於其自身的結果e，則此行為必將停止;c變為e;若在產生e後，c仍保留全部或一部分，則必有進一步的結果，相當於留下的原因c的全部結果將e，於是就將與前提c=e矛盾。”

“相應的，由於c變為e，e變為f等等，我們必須把這些不同的值看成是同一客體出現時所呈的不同形式。這種呈現不同形式的能力是所有原因的第二種基本特性。 把這兩種特性放在一起我們可以說，原因(在量上)是不滅的，而(在質上)是可轉化的客體。”

邁爾便得出結論，“因此力(即能量)是不滅的、可轉化的、不可秤量的客體。”

邁爾這種推論方法顯然過於籠統，難以令人信服，但他關於能量轉化與守恆的敘述，卻是最早的完整表達。

邁爾在1845年發表了第二篇論文:《有機運動及其與新陳代謝的聯系》，該文更系統地闡明能量的轉化與守恆的思想。

他明確指出:“無不能生有，有不能變無”，“在死的和活的自然界中，這個力(按:即能量)永遠處於循環轉化的過程之中。任何地方，沒有一個過程不是力的形式變化！”

因此他主張:“熱是一種力，它可以轉變為機械效應。”

邁爾的論文中還具體地論述了熱和功的聯系，推出了氣體定壓比熱和定容比熱之差Cp-Cv等於定壓膨脹功R的關系式。

故此我們稱R為邁爾公式。

接著邁爾又根據狄拉洛希和貝拉爾德以及杜隆氣體比熱的實驗數據Cp=0.267卡/克·度、 Cv=0.188卡/克·度計算出熱功。

計算過程如下:

在定壓下使1厘米3空氣加熱溫升1度所需的熱量為:Qp=mcpΔt=0.000347卡(取空氣密度ρ=0.0013克/厘米3)。

......

未完待續

第076章預告上半圈、下半圈

327