《近代后期的科学成就物理学能量守恒与转化定律ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《近代后期的科学成就物理学能量守恒与转化定律ppt课件.ppt（38页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、第四讲 近代后期科学技术概论,自然科学概论,一、天文学：(1) 天文观测的新发现；(2) 赫歇尔的恒星天文学；(3) 天体物理的兴起；(4) 天体起源和演化假说: 康德拉普拉斯星云假说和洛克耶的恒星演化理论；二、地质学：(1) 水成论和火成论之争；(2) 灾变论和渐变论之争。,近代后期的科学成就,三、物理学：,（1）能量守恒与转化定律(热力学第一定律)的发现,1842年，德国的青年医生迈尔(J.R.Mayer,18141878)，写成了他的第一篇关于能量守恒和转化定律论文论无机自然界的力。论文发往当时德国主要物理学年鉴杂志，结果被主编波根多夫拒绝发表而退了回来。虽然化学家李比希主编的化学年鉴杂
2、志1842年5月号上发表了迈尔的论文，但并未引起人们的注意。,1840年，22岁的英国物理学家焦耳测定了电流的热效应，发现一定时间内电流通过导线所产生的热量，同导线的电阻和电流强度平方乘积成正比。这就是著名的焦耳定律。,1843年，焦耳又做了一个实验，他把盛有水的容器放进磁场中，然后让一个线圈在水中旋转，测量运动线圈中感生电流产生的热和维持运动所消耗的能量。实验表明消耗的能和产生的热能与电流的平方成正比。因此，产生的热和用来产生的机械动力之间存在恒定的比例。焦耳把这一结果写在论电磁的热量效应和热的机械值。,亥姆霍兹、德国物理学家、生理学家，于1847年出版了论力的守恒一书，给出了对不同形式的能
3、的数学表示式，并研究了它们之间相互转化的情况，从而这部著作成了能量守恒定律论证方面影响较大的一篇历史性文献。几乎与迈尔、焦耳和赫尔姆霍茨的发现同时，英国业余科学家、律师格罗夫从对电的研究，也达到了能量守恒和转化定律的发现 。,凯尔文完整系统的表述热力学第一定律(能量守恒定律),当一个系统的工作物质从某一给定的状态无论以何种方式过渡到另一给定状态时，该系统对外做功与传递热量的总和是守恒的。即U=A+Q。 其中： U表示系统内能的变化； A表示系统对外做的功； Q表示这个过程中系统传递外界的热量。,定律内容的理解：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转
4、移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。,能量守恒定律，是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。从物理、化学到地质、生物，大到宇宙天体，小到原子核内部，只要有能量转化，就一定服从能量守恒的规律。从日常生活到科学研究、工程技术，这一规律都发挥着重要的作用。人类对各种能量，如煤、石油等燃料以及水能、风能、核能等的利用，都是通过能量转化来实现的。能量守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器。,(2) 热力学第二定律和分子物理,1850年，德国物理学家克劳修斯在热力学第一定律的基础上，研究卡诺机时提出：热不可能自发地、不付代价地从低温传到高温。(不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他
5、变化。)1851年凯尔文提出了热力学第二定律：不可能从单一热源取热，把它全部变为功，而不产生其它任何影响。,这些表述都是等效的。,分子物理,克劳修斯在1857年发表的论热运动的形式中，提出理想气体分子的运动模型，对热力学做了动力学解释。 麦克斯韦用概率统计学方法研究了分子运动； 波尔兹曼则发展了麦克斯韦的速度分析定律，提出了平衡态气体分子的能量均分定律,(3) 电磁理论 电磁学创立于18世纪中叶，系统化于19世纪下半叶。,电磁场理论的奠基者-法拉第,麦克斯韦,1、人们对电磁现象的早期认识,摩擦生电：吉尔伯特于1600年出版了磁石一书，对磁铁作了研究。但他认为电与磁是两种孤立的现象。1650年，
6、荷兰人发明了最早的蓄电容器，即莱顿电瓶；美国的富兰克林证实了天电与地电是同一的；意大利的伽伐尼发现了生物电。,意大利生物学家伽伐尼,2、连续电源的获得,电的产生：(1) 接触说伏打每种金属都是电流体，张力不同，两种金属接触后，电流从张力高处向张力低处流动，形成电流。(2) 化学反应说法拉第。1799年，产生了伏打电池；,伏打和“伏打电池”,3、静电力大小的测定,1767年，普列斯特利就指出：静电力的大小与电荷多少成正比，与距离平方成反比。库仑定律：F=kQ1Q2/r,4、电磁相互联系和转化的发现,1820年奥斯特实验中，发现小磁针会偏转。,丹麦物理学家奥斯特,如何偏转？ 1823年安培发现了“
7、右手法则 ”。,法国科学家安培,法拉第提出：电与磁是“互生”的；提出了“场”的概念,1821年9月3日， 30岁的法拉第设计了一个实验，实现了以电转动磁。 1831年， 40岁的法拉第设计另一装置获得了恒定电流，把磁转变成电的伟大理想终于实现。,英国物理学家、化学家法拉第,5、电磁理论的建立,麦克斯韦方程： 他在法拉第研究的基础上，总结了19世纪中叶以前对电磁现象的研究成果，写出电学和磁学论一书，于1860年提出了电磁波理论，建立了电磁场理论的宏伟大厦麦克韦斯方程式这一理论突破，带来了后来电报、电话、电视、雷达的发明与发展以及全部现代化通讯手段。,实现了电、磁、光的综合；开启了第二次科技革命：
8、“电力时代”。,1、拉瓦锡的氧化燃烧理论氧化燃烧理论取代燃素说燃素说的困境：火是由无数细小而活泼的微粒(燃素)构成的物质实体。那么汞燃烧放热质量必然减少，实验事实是质量反而增加？ 1774年，拉瓦锡发现了氧；1789年拉瓦易出版了化学纲要(近代化学的起点)一书，提出了氧化燃烧理论,四、化学：,2、原子-分子论的建立A、道尔顿(近代化学之父)的原子论1808年，出版了化学哲学新体系： 元素是由非常微小、不可再分的微粒原子组成；原子在一切化学变化中不可再分，并保持自己的独特性质；同一元素所有原子的质量、性质都完全相同，不同元素的原子质量和性质也各不相同，原子质量是每一种元素的基本特征之一；不同元素
9、化合时，原子以简单整数比结合。,实验事实：1O1N 2NO 悖论：半个原子问题？1811年阿佛加德罗的分子假说：气体分子由偶数个原子构成；同温同压下等体积的气体含有等量的分子个数。,B、阿佛加德罗的分子假说法国化学家盖吕萨克在研究各种气体在化学反应中体积变化的关系时发现，参加同一反应的各种气体，在同温同压下，其体积成简单的整数比。这就是著名的气体化合体积实验定律，常称为盖吕萨克定律。,3、有机化学的兴起,1806年瑞典化学家Berzelius(贝采里乌斯)首次提出“有机化学” 概念。那时候 “生命力说”盛行，他认为有机物必源于生命体。1828年德国化学家F.Whler (维勒)在实验室中由无机
10、物氰酸铵合成了有机物尿素，表明有机物是可以用无机物合成的，“生命力说” 受到冲击。1845年，有机化学之父Liebige (李比希，德国)发展了有机化学的定量分析方法，1843年，法国化学家及微生物学家路易 巴斯德发现了酒石酸晶体旋光现象的存在。1857-1858年，德国化学家凯库勒和英国化学家库珀等提出碳原子四价键的概念。1874年法国化学家勒贝尔和荷兰化学家范托夫分别提出碳的四面体学说，圆满地解释了旋光现象。1916年，G.N.Lewis(路易斯)提出共价键电子理论。1931年，Pauling提出杂化轨道理论。20世纪6070年代，美国化学家Woodward和E.J.Corey分别完成了有
11、机合成由技术到艺术和艺术到科学的转变。,4、俄国化学家门捷列夫发现化学元素周期律,元素周期律的发现，是对化学的又一次辩证的综合，把原来认为互不相干、彼此孤立的各种元素统一起来；揭示了自然界事物发展由量变到质变的过程，为辩证唯物主义自然观提供了有力的科学依据。,在门捷列夫时代，没有任何原子结构的知识，已知元素只有63种，元素大家族的信息并不完整，而且当时公认的许多元素的相对原子质量和化合价是错误的，确定元素在周期系中的次序原子序数是十分困难的。门捷列夫通过对比元素的性质和相对原子质量的大小，重新测定了一些元素的相对原子质量，先后调整了17种元素的序列。,值得一提的是，敢于宣布自己发现了一条普遍规
12、律，创造一个理论，是需要很大勇气的。早在1864年，德国化学家迈耶尔已明确指出 “在原子量的数值上存在一种规律性。”而且他于1870年发表了一张比1869年门捷列夫发表的周期表更完整的元素周期表。1880年，迈耶尔坦言道：“我没有足够的勇气去作出像门捷列夫那样深信不疑的预言。”,(1)按照原子量大小排列起来的元素，在性质上呈现明显的周期性。(2)化学性质相似的元素，或者是原子量相近(Pt，Ir，Os)，或者是依次递增相同的数量(K，Rb，Cs)。(3)各元素及各族按原子量大小排列的对比与各元素的原子价相一致。(4) 具有某个原子量数值的一切元素都表现出特有的性质，即原子量的大小决定元素的特征，
13、因此可以称它们是典型的元素。(5)应该预料到许多未知元素的发现，例如类似铝和硅的，原子量位于6575之间的元素。(6)当我们知道了某些元素的同类元素后，有时可以修正该元素的原子量。(7) 一些类似的元素能根据其原子量的大小被发现出来。,1938年，德国生物学家施莱登概括出细胞学说的主要论点，提出植物是由细胞组成的，植物胚胎来自单个细胞。,1、细胞学说的建立,五、生物学,次年，施旺进一步加以充实，提出动物和植物的细胞从整体而言，结构上是相似的，细胞是生物体的功能单位。,两位德国学者对细胞及其功能较为明确的定义，宣告了细胞学说基本原则的创立，有力地推动了生物学的发展，并为辩证唯物论提供了重要的自然
14、科学依据。,施莱登和施旺的细胞学说主要有三个方面内容：细胞是有机体。一切动植物都是由细胞发育而来，并由细胞和细胞产物所构成，动植物的结构有显著的一致性。每个细胞作为一个相对独立的基本单位，既有它们“自己的”生命，又与其他细胞协调地集合，构成生命的整体，按共同的规律发育，有共同的生命过程新的细胞可以由老的细胞产生。,2、进化论的创立达尔文的进化论,拉马克的进化论 ： 第一个提出科学的生物进化论的是法国生物学家拉马克。通过对当时已知的无脊椎动物化石的比较和分类，拉马克发现无脊椎动物的十个纲在构造和组织的复杂程度上表现出一定的等级和次序。由此他认识到整个动物界是一个由低级到高级、由简单到复杂的进化序
15、列。,达尔文的进化论,达尔文(18091882)，出生于英格兰，18311836年，他以博物学家的身份参加了英国军舰“贝格尔号”(小猎犬之意)赴南美洲海岸和太平洋部分岛屿的考察活动。用达尔文自己的话说，贝格尔号上的航行，决定了他的“全部生涯”。参加贝格尔考察之前，达尔文相信世界是神创造的，物种也是不变的。,物种起源中译本书影,物种起源，全名为依据自然选择，或在生存斗争中适者生存的物种起源，于1859年11月24日问世。这是一部具有划时代意义的科学巨著。该著作批判了创造论的错误，阐明了进化论的思想。,当时讽刺达尔文的一幅漫画,1、生物是进化来的；2、变异是生物普遍存在的现象，变异的基本原因是生活
16、条件的改变；3、通过人工培育可以产生新种；4、相似的生物起源于一个共同的祖先，一切生物的最终起源是单一的；5、在自然界中，生物物种是通过自然选择而产生的。,达尔文找到了生物发展的规律，证明所有的物种都有共同的祖先。他在科学上完成了一次伟大的革命，结束了生物学领域中唯心主义、形而上学的统治时期，对近代生物科学产生了巨大而深远的影响。第一、彻底粉碎了神创论和形而上学物种不变论，第一次把生物学建立在科学的基础上；第二、为辩证唯物主义自然观的创立奠定了自然科学史的基础。,第二次科技革命,标志：电力和内燃机技术的应用,主要科学技术成就：1、电力技术(在电磁学理论的指导下的技术革命)A、1866年德国制造
17、了第一台能提供强大电流的自激式发电机，打开了近代强电技术的大门；B、1873年 德国阿尔特涅克研制了成功了使发电机产生均匀电流的鼓状转子，从而使发电机得以广泛推广而进入实用阶段； C、1879年出现了由电动机驱动的电车、电梯、起重机、电动机等；D、19世纪80年代，法国德普勒研制出了第一条高压输电线路，及经英、美、德、俄等国电气工程技术人员发明的三相发电机、电动机、变压器，最终建立了三相交流供电系统。,2、电讯技术A、1838年美国莫尔斯发明了电报电码，制造了第一台有发展前途的电报机；B、1844年美国政府资助莫尔斯在华盛顿和巴尔的摩之间建成了一条长64千米的电报线路，电报进入了实用阶段；C、
18、1876年美国贝尔发明了电话，不久爱迪生又解决了长距离通话的问题，电话很快普及；D、意大利发明家马可尼于1892年进行了多次无线电通讯技术的实验，于1896年收发距离达到14.5千米，1899年增大到50千米，1901年无线电信号从英国跨越了大西洋，传到了加拿大。从此无线电技术正式被应用,3、内燃机技术A、1896年法国雷诺研制了第一台电点火的煤气内燃机，但效率只有4%；B、1862年法国罗沙斯为了提高效率 进行了理论分析，提出了等容的四冲程循环原理； 1876年，德国奥托研制出了第一台四冲程往复活塞式内燃机;C、1883年德国工程师戴姆勒研制成了第一台汽油内燃机。从此汽车工业开始飞速发展。D
19、、1892年德国工程师狄塞尔研制了完全靠压缩点燃德菜油内燃机，成本降低而热效率进一步提高，成为重型运输工具的主要动力设备。,4、钢铁冶炼技术A、1855年英国贝塞尔发明了“吹气精炼法”，将炼钢炉从固定式的结构改为可转动的形式，这种转炉炼钢法用大约十分钟时间，就可把10吨左右的生铁炼成熟铁或钢，且费用减少10倍；B、18641868年，法国人马丁和德国人威廉西门子发明了“西门子-马丁炼钢法”(又称平炉炼钢法)。平炉炼钢法与转炉炼钢法比较，点燃熔炼的时间长些，但产量高，一炉能炼出上百吨钢水，钢的质量比较稳定均匀，能生产优质钢。从此钢铁的产量迅速上升，据资料统计，19世纪80年代全世界钢产量只有70万吨，而到了1900年，钢产量迅速达到了2783万吨。,第二次科技革命的特点：,1、科学走在生产技术的前面(这是第二次科技革命最显著的特点)；2、技术研究的专业化、集体化；3、技术成果的商业化、产业化；,
