热力学第一定律论文

热力学第一定律是指不同形式的能量在传递与转换过程中守恒的定律，表达式为△U=Q+W。

该定律经过迈尔、焦耳等多位物理学家验证，涉及热现象领域内的能量守恒和转化定律。它是热力学的基础，而且在能源方面有广泛的应用，能源是人类社会活动的物质基础。19世纪初，由于蒸汽机的进一步发展，迫切需要研究热和功的关系，对蒸汽机“出力”作出理论上的分析，所以热与机械功的相互转化得到了广泛的研究。

丹麦工程师和物理学家柯尔丁对热、功之间的关系也作过研究。他从事过摩擦生热的实验，1843年丹麦皇家科学院对他的论文签署了如下的批语：柯尔丁的这篇论文的主要思想是由于摩擦、阻力、压力等造成的机械作用的损失，引起了物体内部的如热、电以及类似的动作，它们皆与损失的力成正比。

迈尔的实验：

迈尔是一位医生。在一次驶往印度尼西亚的航行中，迈尔作为随船医生，在给生病的船员放血时，得到了重要启示，发现静脉血不像生活在温带国家中的人那样颜色暗淡，而是像动脉血那样新鲜。当地医生告诉他，这种现象在辽阔的热带地区是到处可见的。他还听到海员们说，暴风雨时海水比较热。这些现象引起了迈尔的沉思。

他想到，食物中含有化学能，它像机械能一样可以转化为热。在热带高温情况下，机体只需要吸收食物中较少的热量，所以机体中食物的燃烧过程减弱了，因此静脉血中留下了较多的氧。他已认识到生物体内能量的输入和输出是平衡的。迈尔在1842年发表的题为《热的力学的几点说明》中，宣布了热和机械能的相当性和可转换性。

热力学第一定律（thefirstlawofthermodynamics）就是不同形式的能量在传递与转换过程中守恒的定律，表达式为Q=△U+W。表述形式：热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变。该定律经过迈耳、焦耳等多位物理学家验证。热力学第一定律就是涉及热现象领域内的能量守恒和转化定律。十九世纪中期，在长期生产实践和大量科学实验的基础上，它才以科学定律的形式被确立起来。

没记错的话，热力学第一定律是：能量守恒...... 或者质能守恒.....

于是，在拉瓦锡的物质不灭原理之外，1847年，亥姆霍兹（Hermann von Helmhohz，1821—1894）又增加了一条补充定律：“自然作为一个整体，拥有的能量不可能增加，也不会减少。”宇宙中的能量正如同物质一样，既不能创生，也不能破坏，能量也是如此（迈尔曾于1842年提出过能量守恒概念，要早于焦耳或亥姆霍兹的工作，但它所获得的证据支持不如亥姆霍兹）。

这一思想就叫做热力学第一定律，有时可简单归纳为：“无不能生有”，或者用另外一句话来说，不能以少获多。也就是说：

亥姆霍兹是能量守恒原理的奠基人之一，他也因对眼科学、解剖学和生理学的贡献而各大名热能输入=有用能+废能。

正如布莱克和瓦特所见，热机（瓦特的蒸汽机是第一个成功的例子）可以把气体中储存的热能转变为涡轮和活塞中的动能。也就是说，由于加热后气体膨胀，储存在蒸汽中的热能可以转变为运动。这个系统中最初的能量来源是燃料——木材或者煤炭——中的化学势能，用它产生了蒸汽。

在物理科学的历史中，热力学第一定律是最具革命性的思想之一。正如科学史家克朗比（Alistair Cameron Crombie，1915—1996）所说：“它的含义和它提出的问题，主宰了从法拉第和麦克斯韦的电磁学研究到1900年普朗克引入量子理论这段时期里的物理学。”随着20世纪爱因斯坦物理学的出现，将会证明，能量和物质概念需要放到一起来考虑，显而易见的是，能量有时可以转变为物质，物质也可以转变为能量。

正如麦克斯韦在对亥姆霍兹的颂词中所写：

“要评价亥姆霍兹《论力的守恒》这篇论文的科学价值，我们必须追问热力学和近代物理学其他领域最伟大发现的发现者们，这篇论文他们读过多少遍，在他们的研究生涯中，他们多少次感受到，亥姆霍兹有分量的叙述作用于他们的心头，就像是不可阻挡的驱动力。”

在他的晚年，亥姆霍兹成了量子理论的创建者普朗克（Max Planck，1858—1947）的导师，通过普朗克，亥姆霍兹的影响在20世纪还将进一步延伸。