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工程熱力學的歷史

2014-12-03 [2046]

古代人類早就學會了取火和用火,不過后來才注意探究熱、冷現象的實質。但直到17世紀末,人們還不能正確區分溫度和熱量這兩個基本概念的本質。在當時流行的“熱質說”統治下,人們誤認為物體的溫度高是由于儲存的“熱質”數量多。1709~1714年華氏溫標和1742~1745年攝氏溫標的建立,才使測溫有了*的標準。隨后又發展了量熱技術,為科學地觀測熱現象提供了測試手段,使熱學走上了近代實驗科學的道路。

1798年,朗福德觀察到用鉆頭鉆炮筒時,消耗機械功的結果使鉆頭和筒身都升溫。1799年,英國人戴維用兩塊冰相互摩擦致使表面融化,這顯然無法由“熱質說”得到解釋。1842年,邁爾提出了能量守恒理論,認定熱是能的一種形式,可與機械能互相轉化,并且從空氣的定壓比熱容與定容比熱容之差計算出熱功當量。

英國物理學家焦耳于1840年建立電熱當量的概念,1842年以后用不同方式實測了熱功當量。1850年,焦耳的實驗結果已使科學界*拋棄了“熱質說”。*能量守恒、能的形式可以互換的熱力學*定律為客觀的自然規律。能量單位焦耳就是以他的名字命名的。

熱力學的形成與當時的生產實踐迫切要求尋找合理的大型、熱機有關。1824年,法國人卡諾提出的卡諾定理,指明工作在給定溫度范圍的熱機所能達到的效率極限,這實質上已經建立起熱力學第二定律。但受“熱質說”的影響,他的證明方法還有錯誤。1848年,英國工程師開爾文根據卡諾定理制定了熱力學溫標。1850年和1851年,德國的克勞修斯和開爾文先后提出了熱力學第二定律,并在此基礎上重新證明了卡諾定理。

1850~1854年,克勞修斯根據卡諾定理提出并發展了熵的概念。熱力學*定律和第二定律的確認,對于兩類“永動機”的不可能實現作出了科學的zui后結論,正式形成了熱現象的宏觀理論熱力學。同時也形成了“工程熱力學”這門技術科學,它成為研究熱機工作原理的理論基礎,使內燃機、汽輪機、燃氣輪機和噴氣推進機等相繼取得迅速進展。

與此同時,在應用熱力學理論研究物質性質的過程中,還發展了熱力學的數學理論,找到了反映物質各種性質的相應的熱力學函數,研究了物質在相變、化學反應和溶液特性方面所遵循的各種規律 。1906年,德國的能斯脫在觀察低溫現象和化學反應中發現熱定理;1912年,這個定理被修改成熱力學第三定律的表述形式。

二十世紀初以來,對超高壓、超高溫水蒸汽等物性,和極低溫度的研究不斷獲得新成果。隨著對能源問題的重視,人們對與節能有關的復合循環、新型的復合工質的研究發生了很大興趣。




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