1、能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)熱力學(xué)第一定律是在人類(lèi)積累的經(jīng)驗(yàn)和大量的生產(chǎn)實(shí)踐、科學(xué)實(shí)驗(yàn)根底上建立起來(lái)的。首先是德國(guó)醫(yī)生邁爾Robert Mayer，18141878和英國(guó)物理學(xué)家焦耳Janes Prescott Joule，18181889各自通過(guò)獨(dú)立地研究做出了相同的結(jié)論。邁爾于1845年出版的?論有機(jī)體的運(yùn)動(dòng)和新陳代謝?一書(shū)，描述了運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)化的眾多情況。焦耳直接求得熱功當(dāng)量的數(shù)值，給能量守恒和轉(zhuǎn)化定律奠定了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)根底。1847年亥姆霍茲Hermann Helmholtz，18211894在有心力的假設(shè)下，根據(jù)力學(xué)定律全面論述了機(jī)械運(yùn)動(dòng)、熱運(yùn)動(dòng)以及電磁運(yùn)動(dòng)的“力互相轉(zhuǎn)換和守恒的規(guī)律。在這段歷史時(shí)

2、期內(nèi)，由于蒸汽機(jī)的制造、改良和廣泛采用，以及對(duì)熱機(jī)效率、機(jī)器中摩擦生熱問(wèn)題的研究，對(duì)熱力學(xué)第一定律的建立起到了推波助瀾的作用。1、能的概念的形成 法國(guó)物理學(xué)家笛卡爾RDescartes，15691650最早提出“運(yùn)動(dòng)量守恒即動(dòng)量守恒的思想。他給人們留下最深刻的印象是：一個(gè)粒子體系在不受外力作用時(shí)，它們的總運(yùn)動(dòng)量保持不變；粒子相互碰撞產(chǎn)生的力通過(guò)它們的運(yùn)動(dòng)量的改變來(lái)量度。不久，德國(guó)物理學(xué)家萊布尼茲GWFLeibniz，16461716對(duì)笛卡爾提出挑戰(zhàn)，他引入“活力Vis Viva的概念。他所指的“活力，是物體的質(zhì)量與它的速度的平方之積，是一個(gè)標(biāo)量；而笛卡爾的“運(yùn)動(dòng)量是矢量。萊布尼茲認(rèn)為“活力才是

3、“力的真正量度；物質(zhì)受的力和它所通過(guò)的距離之積等于活力的增量。萊布尼茲的“活力實(shí)質(zhì)相當(dāng)于物體的動(dòng)能，其數(shù)值等于動(dòng)能的兩倍。后來(lái)J伯努利JBernoulli，16671748將“活力守恒當(dāng)作萊布尼茲的“活力原理的一個(gè)推論提出，他認(rèn)為當(dāng)活力消失后，它并沒(méi)有喪失作功的本領(lǐng)，而是變成了另一種形式。顯然，J伯努利擴(kuò)大了萊布尼茲的“活力所指的范圍，把勢(shì)能也列入了活力的范疇。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí) 笛卡爾和萊布尼茲的爭(zhēng)論持續(xù)了半個(gè)世紀(jì)，最后調(diào)合雙方的是數(shù)學(xué)家達(dá)朗貝爾JLDAlembert，17171783。他指出這場(chǎng)爭(zhēng)論只不過(guò)是術(shù)語(yǔ)的問(wèn)題，實(shí)質(zhì)問(wèn)題是統(tǒng)一的，因?yàn)榈芽柕摹斑\(yùn)動(dòng)量是力對(duì)時(shí)間的積分，而萊

4、布尼茲的“活力是力對(duì)空間線(xiàn)度的積分。這里面蘊(yùn)藏有沖量積分的思想。 1787年，法國(guó)數(shù)學(xué)家拉格朗日J(rèn)LLagranage，17361813在?分析力學(xué)?一書(shū)中證明，在某些粒子系統(tǒng)中，每一個(gè)粒子相對(duì)于參照系的位置和速度的函數(shù)，不管發(fā)生什么運(yùn)動(dòng)總是保持不變。這個(gè)函數(shù)是兩局部之和，一局部表示運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，另一局部表示勢(shì)能當(dāng)時(shí)還沒(méi)有“動(dòng)能和“勢(shì)能這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)。這個(gè)函數(shù)是拉格朗日函數(shù)，它對(duì)速度的偏微商等于笛卡爾的“運(yùn)動(dòng)量，即現(xiàn)在所稱(chēng)的動(dòng)量。由此可見(jiàn)，“活力守恒或機(jī)械能守恒原理，就是由拉格朗日等一些數(shù)學(xué)家和力學(xué)家提出來(lái)的。 1807年，楊TYoung，17731829創(chuàng)造了“能這個(gè)詞。1826年，蓬瑟勒J(rèn)VPo

5、ncelet，17881867又創(chuàng)造了“功一詞。從此以后，機(jī)械能守恒定律就不僅是數(shù)學(xué)家著作中那種抽象的、廣義的函數(shù)形式，而是物體的具體運(yùn)動(dòng)形式和規(guī)律的直觀寫(xiě)照了。 伏打電池的創(chuàng)造1800年給揭示能量轉(zhuǎn)化與守恒現(xiàn)象開(kāi)拓了更廣闊的前景，熱、光、電、磁和化學(xué)結(jié)合，生物的生命力在能量概念的根底上開(kāi)始逐步統(tǒng)一起來(lái)?？ɡ锼?fàn)朅Carlisle和尼柯?tīng)栠dWNicholson電解水的實(shí)驗(yàn)1800年說(shuō)明電能和化學(xué)能可以相互轉(zhuǎn)化；奧斯特HOersted發(fā)現(xiàn)的電流磁效應(yīng)1820年說(shuō)明電能與磁能存在某種可轉(zhuǎn)化的關(guān)系；法拉第的電磁旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象1821年第一次揭示了電磁能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的可能性；塞貝克發(fā)現(xiàn)的溫差電1822年證明

6、熱能可以轉(zhuǎn)化為電能、法拉第在1831年創(chuàng)造第一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)，第一次實(shí)現(xiàn)了機(jī)械能向電磁能的轉(zhuǎn)化。焦耳測(cè)量焦耳熱的實(shí)驗(yàn)，以精確的結(jié)論總結(jié)了化學(xué)能、電能和熱能之間的關(guān)系。1845年法拉第發(fā)現(xiàn)的磁致旋光現(xiàn)象，更深刻地揭示了電、磁、光三者之間的作用關(guān)系所有這些說(shuō)明，19世紀(jì)的能或力的概念已不像17世紀(jì)那樣僅僅局限于機(jī)械能的范疇，也不像18世紀(jì)那樣局限于機(jī)械能和熱兩項(xiàng)內(nèi)容。因此，這就要求物理學(xué)家收集各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)現(xiàn)，歸納它們的數(shù)據(jù)，從中抽象出一個(gè)既能表征各種現(xiàn)象的根本特點(diǎn)，又能表示各種力或能相互轉(zhuǎn)化的精確形式。在這方面，卡諾、邁爾、焦耳、威廉·湯姆孫、克勞修斯，特別是亥姆霍茲做出了主要奉獻(xiàn)。資料個(gè)

7、人收集整理，勿做商業(yè)用途2、邁爾的奉獻(xiàn)圖5-4羅伯特·邁爾 1840年，德國(guó)醫(yī)生和生理學(xué)家邁爾Julius Robert von Mayer，18141878作為一次航行的隨船醫(yī)生，在印度尼西亞的爪哇做了一次靜脈切開(kāi)手術(shù)實(shí)驗(yàn)。他發(fā)現(xiàn)流出的血十分紅艷，以致誤認(rèn)為錯(cuò)動(dòng)了人體的動(dòng)脈。但經(jīng)過(guò)反復(fù)檢查，證明流出的血仍是靜脈血。邁爾由此認(rèn)為，熱帶人的靜脈血比寒帶人的靜脈血要紅些。理由是：熱帶環(huán)境溫度高，人體消耗熱量比寒帶人相對(duì)低得多，靜脈血管中紅血球還攜帶有大量剩余的氧成分。他把有機(jī)體的這種化學(xué)過(guò)程和無(wú)機(jī)的物理現(xiàn)象聯(lián)系起來(lái)，從而產(chǎn)生了第一個(gè)熱和機(jī)械運(yùn)動(dòng)的當(dāng)量概念。 1842年，邁爾發(fā)表了?論無(wú)機(jī)

8、自然界的力?，第一次提出了力即我們所說(shuō)的能量不滅和可轉(zhuǎn)化性原理以及熱功當(dāng)量的計(jì)算。邁爾從無(wú)機(jī)自然界中的各種能量形式中抽象出一個(gè)“力Krafte，指出“力的可轉(zhuǎn)化性。他根據(jù)哲學(xué)中的因果律，將“力等效于哲學(xué)語(yǔ)言中的“原因，將某一“力的產(chǎn)生效果或它的變化形式稱(chēng)為“效應(yīng)，用“原因等于效應(yīng)causa aequeat effectum這句話(huà)簡(jiǎn)明地概括能量守恒原因。他說(shuō)：“力是原因，對(duì)于它們可以直接應(yīng)用這樣的根本原理：原因等于效應(yīng)。如果原因c產(chǎn)生的效應(yīng)是e，那么ce。如果 e接著又是另一效應(yīng) f的原因，就有ef，如此類(lèi)推：cef。 邁爾認(rèn)為，“力跟物質(zhì)都是客觀存在的物質(zhì)實(shí)體，其區(qū)別僅在于一個(gè)無(wú)重量，另一個(gè)有

9、重量。為了把“力類(lèi)比于物質(zhì)，以便從物質(zhì)的質(zhì)量守恒的定律之中平行地推出能量守恒定律，他就把物質(zhì)定義為無(wú)機(jī)界中的第一種“原因，把“力定義為第二種“原因。他說(shuō)：“在自然界中我們找到了兩類(lèi)原因，我們從經(jīng)驗(yàn)得知，它們中間不發(fā)生轉(zhuǎn)換。一類(lèi)由那些有重性和不可入性的性質(zhì)的原因組成，即我們通常所說(shuō)的物質(zhì)。另一類(lèi)那么由那些不具備這些性質(zhì)的原因構(gòu)成這些是力。根據(jù)原因等于效應(yīng)的哲學(xué)原理，我們就可以認(rèn)為，力是不可滅的、可轉(zhuǎn)化的和無(wú)重的實(shí)體。邁爾通過(guò)這些事實(shí)分析，斷定熱屬于他的“力或“原因的范疇。最為可喜的是，邁爾根據(jù)空氣被壓縮后溫度升高的事實(shí)推論熱是物質(zhì)中的粒子的運(yùn)動(dòng)。他傾向于這樣的觀點(diǎn)：當(dāng)物體中的粒子的距離縮短后，物

10、體的熱量增加。他還把落體和地球當(dāng)作一個(gè)整體，認(rèn)為一個(gè)重物從高處落到地面，使它們的距離變成零按他的話(huà)來(lái)說(shuō)，地球的體積縮小，結(jié)果就要產(chǎn)生熱量。從下面的一段話(huà)我們便能看出，作為醫(yī)生的邁爾對(duì)熱運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的理解已到達(dá)相當(dāng)驚人的程度。他說(shuō)：“我們可以設(shè)想在落體力、運(yùn)動(dòng)和熱之間自然存在著聯(lián)系。我們知道。如果一個(gè)物體的單獨(dú)粒子間運(yùn)動(dòng)得更接近時(shí)，熱就會(huì)出現(xiàn)，即壓縮產(chǎn)生熱。那種束縛著最小的粒子的力和分隔這些粒子的最小的空間，必定在大質(zhì)量和可測(cè)量的空間方面清楚地得到應(yīng)用。一個(gè)重物的落下實(shí)際是地球體積的減少，因此必然與產(chǎn)生的熱有某種關(guān)系。這種熱必定精確地正比于重量的大小和它距離地面的原來(lái)的距離。根據(jù)這種考慮，我們很容易

11、導(dǎo)出上述聯(lián)系落體力、熱和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。這里的“落體力、“運(yùn)動(dòng)可譯成現(xiàn)代語(yǔ)言的勢(shì)能和動(dòng)能。邁爾接著指出：“如果落體力和運(yùn)動(dòng)等價(jià)于熱，那么熱自然要等價(jià)于落體力和運(yùn)動(dòng)。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí) 邁爾在這里將他的因果律嫻熟地用于分析熱和機(jī)械運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，第一次提出了熱功當(dāng)量的概念。他并根據(jù)落體的勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為熱作了初步估計(jì)：“重量從大約365米的高度落下所產(chǎn)生的效應(yīng)對(duì)應(yīng)于給相同質(zhì)量的水從0°C到1°C所加的熱。這個(gè)值顯然是不夠精確的。到了1845年，他就根據(jù)壓縮空氣產(chǎn)生熱的實(shí)驗(yàn)給出了熱功當(dāng)量的推導(dǎo)和計(jì)算方法，那時(shí)他利用了氣體的等壓比熱與等容比熱的差的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并借用了理想氣體的內(nèi)

12、能與體積無(wú)關(guān)的假設(shè)。邁爾在1842年的論文中把無(wú)機(jī)界所有能量形式歸納為五類(lèi)“力，即“落體力重力勢(shì)能、“運(yùn)動(dòng)動(dòng)能、熱包括光的輻射能、電電能和磁能、以及化學(xué)親合力化學(xué)能。他認(rèn)為“力是以“不可滅性和可轉(zhuǎn)化性的統(tǒng)一為特征的，力的轉(zhuǎn)化意味著“運(yùn)動(dòng)的停止不可能不引起另一種運(yùn)動(dòng)，“一種力一旦處于運(yùn)動(dòng)就不可能消滅，僅可轉(zhuǎn)化為另一種形式，一種力與它所轉(zhuǎn)化成的形式是“同一個(gè)實(shí)體的兩種不同的表現(xiàn)，這種實(shí)體有一個(gè)最終的形式，即所謂的“原始力Urkraft。“原始力的大意是指，任何形式的力都由它在相當(dāng)條件下轉(zhuǎn)變而來(lái)。由此可見(jiàn)，能量轉(zhuǎn)化與守恒原理的最初的形式是邁爾提出的。3、焦耳的工作圖5-5為焦耳 焦耳出生于曼徹斯特一

13、家釀酒作坊的家庭，對(duì)作坊中的熱機(jī)和直流電機(jī)效率進(jìn)行過(guò)長(zhǎng)期觀察，由此對(duì)機(jī)械功、化學(xué)能和電能與熱能的轉(zhuǎn)化產(chǎn)生了濃厚興趣。當(dāng)時(shí)他研究了一磅鋅獲得的電池能量來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)所得的效益；他通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在1840年12月就得出了這樣的結(jié)論：導(dǎo)線(xiàn)的熱量損失與所通過(guò)的電流強(qiáng)度的平方成正比，與導(dǎo)線(xiàn)的電阻成正比。后來(lái)人們就把這種熱損失稱(chēng)為“焦耳熱。 “焦耳熱的發(fā)現(xiàn)無(wú)疑使焦耳認(rèn)識(shí)到，隱蔽在神秘的自然界中任何復(fù)雜的轉(zhuǎn)化都可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確立起定量關(guān)系。從1841年到1843年1月，他連續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，試圖掌握熱能與化學(xué)能的當(dāng)量關(guān)系。焦耳解決問(wèn)題的方法是，他把測(cè)量化學(xué)能和電能之間的關(guān)系轉(zhuǎn)換為測(cè)量機(jī)械能和熱能的關(guān)系轉(zhuǎn)

14、換。于是他設(shè)計(jì)了一種特殊發(fā)電機(jī)，其電樞插在一個(gè)盛有水的密封玻璃管內(nèi)，讓電樞在一對(duì)固定電磁極內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，包圍電樞的水的溫度升高。通過(guò)計(jì)算水中熱量增加和所耗去的機(jī)械功算出了第一個(gè)熱功當(dāng)量值。但由于電樞內(nèi)部的磁滯渦流當(dāng)時(shí)還不知道有這種現(xiàn)象和反感應(yīng)現(xiàn)象，致使所測(cè)得的數(shù)值不十分精確。經(jīng)過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，焦耳確信熱不是法國(guó)人所說(shuō)的那種熱質(zhì)，而是機(jī)械運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。加上他早年受到道耳頓的原子論思想的教育，再聯(lián)想到隆福德伯爵的實(shí)驗(yàn)，就深刻地認(rèn)識(shí)到熱是物質(zhì)粒子的振動(dòng)的宏觀表現(xiàn)。圖5-6焦耳測(cè)量熱功當(dāng)量的實(shí)驗(yàn) 1845年，焦耳不再通過(guò)電流的媒介而直接測(cè)量機(jī)械功轉(zhuǎn)化為熱量的情況。他做了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，一是通過(guò)壓縮空氣

15、使空氣溫度升高來(lái)測(cè)量熱功當(dāng)量，二是人們所熟悉的漿輪實(shí)驗(yàn)。在他的漿輪實(shí)驗(yàn)中，他使一個(gè)漿輪浸在盛水的密封圓筒中，用重物使之轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)重物下落時(shí)，帶動(dòng)漿輪旋轉(zhuǎn)，漿輪攪拌水使水溫升高。焦耳根據(jù)重物質(zhì)量下降的距離及水溫的升高測(cè)得熱功當(dāng)量為781.5英尺磅如圖2-3。接著，他又把水換成鯨油或水銀，分別進(jìn)行測(cè)量，測(cè)得熱功當(dāng)量分別為782.1和787.6英尺磅。1849年，焦耳用同樣的方法測(cè)得更精確的熱功當(dāng)量數(shù)值為772英尺磅；現(xiàn)在一般采用的熱功當(dāng)量為 778英尺磅即 4.18焦耳卡，比焦耳所測(cè)值略高百分之一。 1847年5月，?曼徹斯特信使報(bào)?發(fā)表了焦耳一篇題為?論物質(zhì)、活力和熱?的文章，他在這篇文章中清晰、

16、明確地闡述了能量轉(zhuǎn)化和守恒的原理，他說(shuō)：“自然現(xiàn)象，不管是機(jī)械的、化學(xué)的、或是有生命的，幾乎完全包括在通過(guò)空間的吸引、活力和熱的相互變化之中。這就是宇宙中維持著秩序沒(méi)有任何消滅，未曾有任何損失；不管整部機(jī)器怎樣復(fù)雜，但那最完整的規(guī)律卻保持著這一切全都為上帝的意志所掌握。 焦耳認(rèn)為熱是物質(zhì)粒子的“活力，具有潛在性，當(dāng)它以潛熱的形式分布于粒子之間時(shí)，就像萬(wàn)有引力或排斥力那樣聯(lián)系著各個(gè)粒子，使它們保持平衡。一旦物體特別是氣體受到外部壓力，潛熱就會(huì)局部釋放出來(lái)，產(chǎn)生宏觀的機(jī)械熱效應(yīng)；相反，如果物體膨脹，溫度一般會(huì)降低，這是因?yàn)橛芯植孔杂蔁?，因做功而轉(zhuǎn)化為潛熱。焦耳在牛津會(huì)議上的報(bào)告引起了開(kāi)爾文勛爵的興

17、趣，湯姆孫需要焦耳的高超實(shí)驗(yàn)技藝來(lái)證實(shí)他的設(shè)想。1852年，他們聯(lián)合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)實(shí)際氣體經(jīng)過(guò)自由膨脹后一般會(huì)使溫度略有下降，這就證明實(shí)際氣體不僅是溫度的函數(shù)，而且也是體積的函數(shù)。我們稱(chēng)這種現(xiàn)象為焦耳-湯姆孫效應(yīng)Joule- Thomson effect。4、亥姆霍茲?論力的守恒? 1847年7月23日，德國(guó)物理學(xué)家和生理學(xué)家亥姆霍茲Hvon Helmholtz，18211894，在柏林物理學(xué)會(huì)上宣讀了?論力的守恒?。他在這篇論文中給出了能量守恒的數(shù)學(xué)公式，提出了能量守恒定律的哲學(xué)和實(shí)驗(yàn)的根據(jù)，并將它演繹到物理學(xué)各大分支。圖5-7為亥姆霍茲 跟邁爾一樣，亥姆霍茲是由動(dòng)物熱現(xiàn)象開(kāi)始，轉(zhuǎn)而對(duì)能

18、量守恒的普遍性發(fā)生了興趣。亥姆霍茲最初的目標(biāo)是要在物理學(xué)的根底上重建生理學(xué)。他先驗(yàn)地相信這樣兩個(gè)可能：1所有自然現(xiàn)象可以轉(zhuǎn)化為物理現(xiàn)象，而物理現(xiàn)象又可歸結(jié)為力學(xué)過(guò)程；2自然界應(yīng)當(dāng)存在一種是守恒的最終實(shí)體。他的生理學(xué)觀是徹底的機(jī)械簡(jiǎn)約論，他相信所有生理過(guò)程終究可簡(jiǎn)化為物理學(xué)的。因而也就是力學(xué)的過(guò)程；既然機(jī)械能守恒，那么自然界所有能量形式其中包括有機(jī)體中的能量在總量上是守恒的。他的最終目標(biāo)是要尋找與因果律相一致的最終原因，這個(gè)“最終原因他認(rèn)為是所謂的“不變力，他把不變力作為一種終極實(shí)體，這種終極實(shí)體在總數(shù)上是不變的，但在一定條件下可以局部轉(zhuǎn)化為其他具體的實(shí)體或特殊力即具體的能量形式，因而因果律在物

19、理學(xué)中表達(dá)為能量守恒。他在?論力的守恒?的引論局部把“不變力和能量守恒即他所說(shuō)的“力的守恒作為兩個(gè)公理提出，以便用數(shù)學(xué)推導(dǎo)機(jī)械能守恒定律、進(jìn)而演繹得出能量守恒定律。他說(shuō)：“論文中包含的關(guān)于命題的推導(dǎo)，可以建立在兩個(gè)公理的根底上；或建立在不管用什么樣的方法結(jié)合自然體也不可能獲得在量上如此無(wú)限的機(jī)械力的公理根底上；或建立在關(guān)于自然界中所有作用都可以最終歸結(jié)到吸引或排斥力的這個(gè)假設(shè)的根底上。這類(lèi)力唯一決定于施力的質(zhì)點(diǎn)之間的距離。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí) 亥姆霍茲認(rèn)為自然現(xiàn)象的終極原因應(yīng)當(dāng)可以從機(jī)械能不可能從無(wú)到有這條公理推出。假設(shè)在一個(gè)物體系統(tǒng)中，每個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)都由中心力來(lái)控制和維持，這種中心

20、力是距離的函數(shù)，而與速度和加速度無(wú)關(guān)。如今某一質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量為m，它在中心力作用下從距離r運(yùn)動(dòng)到距離R的位置，那么就有： 式中Q和q分別表示質(zhì)點(diǎn)在R和r的速度。亥姆霍茲稱(chēng)為在距離R和r之間的“張力和Sum of the tenson。等式左邊顯然是質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能之差，其值剛好是萊布尼茲的“活力差的一半。他又證明這個(gè)公式對(duì)質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)也是適用的，對(duì)于多個(gè)質(zhì)點(diǎn)只要在此等式兩邊取求和的形式就行。這就是他總結(jié)的機(jī)械能量守恒定律，經(jīng)過(guò)演繹到物理學(xué)各分支后，就成為能量守恒定律的根本公式。他在?論力的守恒?中將這個(gè)根本公式運(yùn)用于熱、電以及磁和電磁現(xiàn)象，取得預(yù)期的效果。在他以前，“活力守恒定律即機(jī)械能守恒定律便已被應(yīng)用到引

21、力、波動(dòng)及彈性碰撞等不會(huì)產(chǎn)生熱效應(yīng)的范圍。那時(shí)，熱是推廣機(jī)械能守恒定律一個(gè)不可逾越的障礙，因?yàn)楫?dāng)時(shí)熱普遍被認(rèn)為是一種物質(zhì)而不是一種能量形式。因此，在19世紀(jì)以前就連非彈性碰撞這種簡(jiǎn)單情況都被排斥在能量守恒范疇之外，更不用說(shuō)電、磁和光的情況了。亥姆霍茲意識(shí)到只有先克服熱的障礙才談得上能量守恒，他認(rèn)為在非彈性碰撞中能量沒(méi)有任何損失，只有局部“張力和轉(zhuǎn)變成熱能的形式。他根據(jù)焦耳的熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)批判了熱質(zhì)說(shuō)，保衛(wèi)了熱的動(dòng)力學(xué)理論，進(jìn)而證明熱是微觀粒子的運(yùn)動(dòng)、潛熱是自由熱轉(zhuǎn)化為原子之間的“張力的結(jié)果。在這一方面，他充分運(yùn)用了歸納的方法，總結(jié)了前人的成果。資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途亥姆霍茲的成功是他繼承

22、了牛頓力學(xué)和拉格朗日力學(xué)雙重傳統(tǒng)的結(jié)果。牛頓力學(xué)處理的對(duì)象是力，它以空間、時(shí)間、質(zhì)量和力為根本參量，其優(yōu)點(diǎn)是可以將耗散力包括于其中，便于得到功函數(shù)。而拉格朗日力學(xué)處理的對(duì)象是勢(shì)或能，它以空間、時(shí)間、質(zhì)量和能量為根本參量，其特點(diǎn)是：在僅有束縛力的體系中機(jī)械能是守恒的。亥姆霍茲借助牛頓力學(xué)提出了以中心力為根底的機(jī)械簡(jiǎn)約模式，又借助拉格朗日力學(xué)完成了數(shù)學(xué)推導(dǎo)，從力過(guò)渡到能量，找到了力的不變形式或與因果律相一致的終極原因能量守恒定律。亥姆霍茲的理論直到19世紀(jì)60年代才得到普遍成認(rèn)，這主要還得助于威廉·湯姆孫等人的大力支持。5、對(duì)能量守恒定律的幾點(diǎn)看法 能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)，是人類(lèi)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期探索

23、運(yùn)動(dòng)不滅和運(yùn)動(dòng)守恒、力不滅和力守恒，及能量不滅和能量守恒的過(guò)程逐漸形成的。能量守恒定律只能在對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)、熱、光、電、磁、化學(xué)作用、生物作用這些根本自然現(xiàn)象之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，從定性的轉(zhuǎn)變?yōu)槎康闹?，才?huì)自然地出現(xiàn)。其中，以熱功當(dāng)量的發(fā)現(xiàn)影響最大，也是發(fā)現(xiàn)能量守恒定律過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。這些條件和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，只是到19世紀(jì)40年代初以后的十幾年間才逐漸成熟，它是由幾個(gè)國(guó)家的許多科學(xué)家?guī)缀踉谙嗷オ?dú)立的情況下，從哲學(xué)上的思考、理論上的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)精確測(cè)定之后，才進(jìn)入全面的本質(zhì)性探索階段。在發(fā)現(xiàn)過(guò)程的后期，邁爾、焦耳、亥姆霍茲，都在自己所處的時(shí)代條件下，從不同的角度做出自己的奉獻(xiàn)，正是他們的工作從無(wú)意地向有意地不斷補(bǔ)充和積累。對(duì)能量守恒定律有以下幾點(diǎn)看法： 1能量守恒定律是一個(gè)科學(xué)定律，但也是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)定律，已不能用哲學(xué)思想的思辨性推理予以取代。此外，它又是一個(gè)定量的定律，因而也不能用定性的分析或預(yù)言去代替。它是囊括宇宙間各種根本自然現(xiàn)象的運(yùn)動(dòng)能力之間定量轉(zhuǎn)化的科學(xué)定律，所以只能是這些實(shí)驗(yàn)和