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能量守恒定律公式 热力学第一第二定律

热力学第一和第二定律(能量守恒定律公式)
热力学三定律是能量守恒、熵增定律和绝对零度不可能 。人们对热力学定律的认识也是一个修正永动机思想的过程 ， 是人类“美好思想”不断“碰壁”的过程 ， 对个人成长具有深刻的启示意义 。
永动机的思想起源于印度 ， 并在公元1200年左右通过伊斯兰世界传播到西方 。欧洲最早的永动机方案是由法国的Villardde Honnecourt(一个13世纪的人 ， 有250张草图)提供的 。
汉高想象有许多球连接到一个有限位置装置的轮子上 。当球在右侧时 ， 球远离车轮中心 ， 产生更大的扭矩 。当球到达左侧时 ， 连杆靠近篮筐 ， 产生一个小力矩 。汉高希望这个轮子可以在没有额外动力输入的情况下保持运动 。

图1亨内考永动机(a)草图(约1203年)和(b)复原图
当然这是不可能的 ， 因为右边球的力矩大 ， 但是球的分布稀疏 。左侧 ， 球产生的力矩虽然小 ， 但是比较密集 。所以车轮总有一个平衡的状态 ， 这也意味着车轮不会永远不动 。
文艺复兴时期 ， 意大利著名艺术家达芬奇(1452-1519)也设计了一台永动机 ， 如图2所示 。在这台永动机中 ， 轮子的辐条被做成滚珠滚动的轨道 ， 滚珠通过曲线设计在其中滚动 。如图2b所示 ， 车轮左侧的滚珠远离车轮中心 ， 产生的扭矩较大 ， 而右侧的滚珠靠近车轮中心 ， 产生的扭矩较小 。本质上 ， 达芬奇使用的是和轩尼诗一样的原理 ， 但是经过实验 ， 达芬奇发现轮子在初始运动后很快就会停在某个地方 ， 不可能实现永动机 。于是他在设计旁边写了一段话:
“每一个作用力都有一个相反的相等的反作用力”
对于任何运动 ， 总有一个相反的、大小相等的反作用力 。
这句话含蓄地表达了永动机的不可能 。牛顿第三定律指出 ， 两个相互作用的物体之间的作用力和反作用力总是大小相等 ， 方向相反 ， 作用在同一条直线上 。达芬奇的注释似乎表明达芬奇在牛顿之前近两个世纪就已经实现了牛顿第三定律 。

图2达芬奇永动机(a)草图(约1203年)(b)复原
虽然达芬奇很早就否定了永动机的想法 ， 但是人们对永动机的尝试从来没有停止过 ， 甚至到现在还有各种各样永动机的设计 。
这种永动机代表了一种“不劳而获”的思想 。随着热力学第一定律的发现 ， 这种永动机被否决了 。在此期间 ， 德国医生朱利叶斯·罗伯特·冯·迈耶(1814-1878)、英国物理学家焦耳(1818-1889)和德国物理学家亥姆霍兹(1821-1894)做出了重要贡献 。

图3热力学第一定律的创始人
迈尔是一名德国医生 。1840年 ， 他作为一名船医到达印度尼西亚 ， 一些船员因为水土不服而生病 。德国常用放血疗法治疗水土不服 ， 放出的血液通常是黑红色的 ， 但迈耶发现此时船员的血液仍然是鲜红色的 。从这一现象出发 ， 迈耶认为血红色是由于氧气丰富 ， 氧气在体内不断燃烧产生热量 。在印尼 ， 因为气温高 ， 人不需要太多热量 ， 所以氧气得以保留 ， 血液呈鲜红色 。顺着这个思路 ， 梅耶尔突然打开了一扇他从未意识到的门 。迈耶认为肉和蔬菜是人体热量的物质基础 ， 肉和蔬菜的热量是怎么来的？迈尔又想到了光合作用 。迈尔想的越来越多 ， 从太阳能到植物能、动物能、人类食物、氧化反应、人类热量等等 。最后 ， 归结到一点:能量已经被转化了 。
迈耶回到欧洲不久 ， 就写了《论力的定量和定性决定》(1841)(百度百科翻译:论无机世界的力 ， 在德国指力具有能量) 。迈耶在这篇论文中提出了“万物产生 ， 万物不变”和“因等于果”等重要思想 ， 测得热的力学当量为365 (kg.m .你知道 ， 在此之前 ， 人们对于热、燃烧等现象还停留在热量论 ， 能量转换、守恒等思想很难被人们接受 。梅耶尔将自己的研究成果提交给了《物理学报》(Annalen der Physik) ， 但很快遭到拒绝 ， 并被嘲讽为疯子 。
与迈耶同时代的英国物理学家焦耳也注意到了此时的能量转换 。1843年 ， 焦耳设计了一个巧妙的实验 ， 更精确地确定了热的机械当量为428.9(千克 。米/千卡) 。后来 ， 热的机械当量分别在1845年和1850年被更精确地确定 。焦耳的风头完全盖过了迈耶 。


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