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热力学第一定律研究论文

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热力学第一定律研究论文

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用上的概念表示热力学第定律:在任何自然过程中一个孤立系统的总熵值不会减少用上的概念表示。

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。埃瓦特(Peter Ewart,1767—1842)对煤的燃烧所产生的热量和由此提供的“机械动力”之间的关系作了研究,建立了定量联系。丹麦工程师和物理学家柯尔丁(,1815—1888)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。”俄国的赫斯(,1802—1850)在更早就从化学的研究得到了能量转化与守恒的思想。他原是瑞士人,3岁时到俄国,当过医生,在彼得堡执教,他以热化学研究著称。1836年赫斯向彼得堡科学院报告:“经过连续的研究,我确信,不管用什么方式完成化合,由此发出的热总是恒定的,这个原理是如此之明显,以至于如果我不认为已经被证明,也可以不加思索就认为它是一条公理。”于1840年3月27日在一次科学院演讲中提出了一个普遍的表述:“当组成任何一种化学化合物时,往往会同时放出热量,这热量不取决于化合是直接进行还是经过几道反应间接进行。”以后他把这条定律广泛应用于他的热化学研究中。赫斯的这一发现第一次反映了热力学第一定律的基本原理;热和功的总量与过程途径无关,只决定于体系的始末状态。体现了系统的内能的基本性质——与过程无关。赫斯的定律不仅反映守恒的思想,也包括了“力”的转变思想。至此,能量转化与守恒定律已初步形成。其实法国工程师萨迪·卡诺(Sadi Carnot,1796—1832)早在1830年就已确立了功热相当的思想,他在笔记中写道:“热不是别的什么东西,而是动力,或者可以说,它是改变了形式的运动,它是(物体中粒子的)一种运动(的形式)。当物体的粒子的动力消失时,必定同时有热产生,其量与粒子消失的动力精确地成正比。相反地,如果热损失了,必定有动力产生。”“因此人们可以得出一个普遍命题:在自然界中存在的动力,在量上是不变的。准确地说,它既不会创生也不会消灭;实际上,它只改变了它的形式。”卡诺未作推导而基本上正确地给出了热功当量的数值:370千克米/千卡。由于卡诺过早地死去,他的弟弟虽看过他的遗稿,却不理解这一原理的意义,直到1878年,才公开发表了这部遗稿。这时,热力学第一定律早已建立了。对能量转化与守恒定律作出明确叙述的,首先要提到三位科学家。他们是德国的迈尔(RobertMayer,1814—1878)、赫姆霍兹(Hermann von Helmholtz,1821—1894)和英国的焦耳。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,他的推理如下 :“力是原因:因此,我们可以全面运用这样一条原则来看待它们,即‘因等于果’。设因c有果e,则c=e;反之,设e为另一果f之因,则有e=f等等,c=e=f=…=c在一串因果之中,某一项或某一项的某一部分绝不会化为乌有,这从方程式的性质就可明显看出。这是所有原因的第一个特性,我们称之为不灭性。”接着迈尔用反证法,证明守恒性(不灭性):“如果给定的原因c产生了等于其自身的结果e,则此行为必将停止;c变为e;若在产生e后,c仍保留全部或一部分,则必有进一步的结果,相当于留下的原因c的全部结果将>e,于是就将与前提c=e矛盾。”“相应的,由于c变为e,e变为f等等,我们必须把这些不同的值看成是同一客体出现时所呈的不同形式。这种呈现不同形式的能力是所有原因的第二种基本特性。把这两种特性放在一起我们可以说,原因(在量上)是不灭的,而(在质上)是可转化的客体。” 迈尔的结论是:“因此力(即能量)是不灭的、可转化的、不可秤量的客体。”迈尔这种推论方法显然过于笼统,难以令人信服,但他关于能量转化与守恒的叙述是最早的完整表达。迈尔在1845年发表了第二篇论文: 《有机运动及其与新陈代谢的联系》,该文更系统地阐明能量的转化与守恒的思想。他明确指出:“无不能生有,有不能变无”,“在死的和活的自然界中,这个力(按:即能量)永远处于循环转化的过程之中。任何地方,没有一个过程不是力的形式变化!”他主张:“热是一种力,它可以转变为机械效应。”论文中还具体地论述了热和功的联系,推出了气体定压比热和定容比热之差Cp-Cv等于定压膨胀功R的关系式。现在我们称Cp-Cv=R为迈尔公式。 接着迈尔又根据狄拉洛希(Delaroche)和贝拉尔德(Berard)以及杜隆(Dulong)气体比热的实验数据Cp=卡/克·度、 Cv=卡/克·度计算出热功。 计算过程如下:在定压下使1厘米3空气加热温升1度所需的热量为:Qp=mcpΔt=卡(取空气密度ρ=克/厘米3)。相应地,在定容下加热同量空气温升 1度消耗的热Qv=卡。二者的热量差Qp-Qv=卡。另一方面,温度升高1度等压膨胀时体积增大为原体积的1/274倍;气体对外作的功,可以使千克的水银柱升高1/274厘米。即功=×1/27400 =×10-5千克·米。于是迈尔得出热功当量为J=A/(Qp-Qv) =×10-5/×10-7=367千克·米/千卡。或3597焦耳/千卡,21世纪初的精确值为4187焦耳/千卡。迈尔还具体地考察了另外几种不同形式的力。他以起电机为例说明了“机械效应向电的转化。”他认为:“下落的力”(即重力势能)可以用“重量和(下落)高度的乘积来量度。”“与下落的力转变为运动或者运动转变为下落的力无关,这个力或机械效应始终是不变的常量。” 迈尔第一个在科学史中将热力学观点用于研究有机世界中的现象,他考察了有机物的生命活动过程中的物理化学转变,确信“生命力”理论是荒诞无稽的。他证明生命过程无所谓“生命力”,而是一种化学过程,是由于吸收了氧和食物,转化为热。这样迈尔就将植物和动物的生命活动,从唯物主义的立场,看成是能的各种形式的转变。1848年迈尔发表了《天体力学》一书,书中解释陨石的发光是由于在大气中损失了动能。他还应用能量守恒原理解释了潮汐的涨落。迈尔虽然第一个完整地提出了能量转化与守恒原理,但是在他的著作发表的几年内,不仅没有得到人们的重视,反而受到了一些著名物理学家的反对。由于他的思想不合当时流行的观念,还受到人们的诽谤和讥笑,使他在精神上受到很大刺激,曾一度关进精神病院,倍受折磨。 赫姆霍兹的研究从多方面论证能量转化与守恒定律的是德国的海曼·赫姆霍兹。他曾在著名的生理学家缪勒(Johannes Müller)的实验室里工作过多年,研究过“动物热。”他深信所有的生命现象都必得服从物理与化学规律。他早年在数学上有过良好的训练,同时又很熟悉力学的成就,读过牛顿、达朗贝尔、拉格朗日等人的著作,对拉格朗日的分析力学有深刻印象。他的父亲是一位哲学教授,和著名哲学家费赫特(Fichte)是好朋友。海曼·赫姆霍兹接受了前辈的影响,成了康德哲学的信徒,把自然界大统一当作自己的信条。他认为如果自然界的“力”(即能量)是守恒的,则所有的 “力” 都应和机械 “力” 具有相同的量纲, 并可还原为机械 “力”。1847年,26岁的赫姆霍兹写成了著名论文《力的守恒》,充分论述了这一命题 。这篇论文是1847年7月23日在柏林物理学会会议上的报告,由于被认为是思辨性、缺乏实验研究成果的一般论文,没有在当时有国际声望的《物理学年鉴》上发表,而是以小册子的形式单独印行的 。但是历史证明,这篇论文在热力学的发展中占有重要地位,因为赫姆霍兹总结了许多人的工作,一举把能量概念从机械运动推广到了所有变化过程,并证明了普遍的能量守恒原理。这是一个十分有力的理论武器,从而可以更深入地理解自然界的统一性。赫姆霍兹在这篇论文一开头就声称,他的“论文的主要内容是面对物理学家,”他的目的是“建立基本原理,并由基本原理出发引出各种推论,再与物理学不同分支的各种经验进行比较。” 在他的论述中有一明显的趋向,就是企图把一切自然过程都归结于中心力的作用。我们都知道,在只有中心力的作用下,能量守恒是正确的,但是这只是能量守恒原理的一个特例,把中心力看成是普遍能量守恒的条件就不正确了。他的论文共分六节,前两节主要是回顾力学的发展,强调了活力守恒(即动能守恒),进而分析了“力”的守恒原理(即机械能守恒原理);第三节涉及守恒原理的各种应用;第四节题为“热的力当量性,”他明确地摒弃了热质说,把热看成粒子(分子或原子)运动能量的一种形式。第五节“电过程的力相当性”和第六节“磁和电磁现象的力相当性”讨论各种电磁现象和电化学过程,特别是电池中的热现象对能量转化关系进行了详细研究。文章最后提到能量概念也有可能应用于有机体的生命过程,他的论点和迈尔接近。不过,看来他当时并不知道迈尔的工作。 赫姆霍兹在结束语中写道:“通过上面的叙述已经证明了我们所讨论的定律没有和任何一个迄今所知的自然科学事实相矛盾,反而却引人注目地为大多数事实所证实。……这定律的完全验证,也许必须看成是物理学最近将来的主要课题之一。” 实际上,实验验证这一定律的工作早在赫姆霍兹论文之前就已经开始了。焦耳在这方面做出了巨大贡献。焦耳的实验研究焦耳是英国著名实验物理学家。1818年他出生于英国曼彻斯特市近郊,是富有的酿酒厂主的儿子。他从小在家由家庭教师教授, 16岁起与其兄弟一起到著名化学家道尔顿(John Dalton,1766—1844)那里学习,这在焦耳的一生中起了关键的指导作用,使他对科学发生了浓厚的兴趣,后来他就在家里做起了各种实验,成为一名业余科学家。 这时正值电磁力和电磁感应现象发现不久,电机——当时叫磁电机(electric-magnetic engine)——刚刚出现, 人们还不大了解电磁现象的内在规律,也缺乏对电路的深刻认识,只是感到磁电机非常新奇,有可能代替蒸汽机成为效率更高、管理方便的新动力,于是一股电气热潮席卷了欧洲,甚至波及美国。焦耳当时刚20岁,正处于敏感的年龄,家中又有很好的实验条件(估计他父亲厂里有蒸汽机),对革新动力设备很感兴趣,就投入到电气热潮之中,开始研究起磁电机来。从1838年到1842年的几年中,焦耳一共写了八篇有关电机的通讯和论文,以及一篇关于电池、三篇关于电磁铁的论文。他通过磁电机的各种试验注意到电机和电路中的发热现象,他认为这和机件运转中的摩擦现象一样,都是动力损失的根源。于是他就开始进行电流的热效应的研究。1841年他在《哲学杂志》上发表文章《电的金属导体产生的热和电解时电池组中的热》,叙述了他的实验:为了确定金属导线的热功率,让导线穿过一根玻璃管,再将它密缠在管上,每圈之间留有空隙,线圈终端分开。然后将玻璃管放入盛水的容器中,通电后用温度计测量水产生的温度变化。实验时,他先用不同尺寸的导线,继而又改变电流的强度,结果判定“在一定时间内伏打电流通过金属导体产生的热与电流强度的平方及导体电阻的乘积成正比。”这就是著名的焦耳定律,又称iR定律 。随后,他又以电解质做了大量实验,证明上述结论依然正确。iR定律的发现使焦耳对电路中电流的作用有了明确的认识。 他仿照动物体中血液的循环,把电池比作心肺,把电流比作血液,指出:“电可以看成是携带、安排和转变化学热的一种重要媒介”,并且认为,在电池中“燃烧”一定量的化学“燃料”,在电路中(包括电池本身)就会发出相应大小的热,和这些燃料在氧气中点火直接燃烧所得应是一样多。请注意,这时焦耳已经用上了“转变化学热”一词,说明他已建立了能量转化的普遍概念,他对热、化学作用和电的等价性已有了明确的认识。 然而,这种等价性的最有力证据,莫过于热功当量的直接实验数据。正是由于探索磁电机中热的损耗,促使焦耳进行了大量的热功当量实验。1843年焦耳在《磁电的热效应和热的机械值》一文中叙述了他的目的,写道:“我相信理所当然的是:磁电机的电力与其它来源产生的电流一样,在整个电路中具有同样的热性质。当然,如果我们认为热不是物质,而是一种振动状态,就似乎没有理由认为它不能由一种简单的机械性质的作用所引起,例如象线圈在永久磁铁的两极间旋转的那种作用。与此同时,也必须承认,迄今尚未有实验能对这个非常有趣的问题作出判决,因为所有这些实验都只限于电路的局部,这就留下了疑问,究竟热是生成的,还是从感应出磁电流的线圈里转移出来的?如果热是线圈里转移出来的,线圈本身就要变冷。……所以,我决定致力于清除磁电热的不确定性。” 焦耳把磁电机放在作为量热器的水桶里,旋转磁电机,并将线圈的电流引到电流计中进行测量,同时测量水桶的水温变化。实验表明,磁电机线圈产生的热也与电流的平方成正比。焦耳又把磁电机作为负载接入电路,电路中另接一电池,以观察磁电机内部热的生成,这时,磁电机仍放在作为量热器的水桶里,焦耳继续写道:“我将轮子转向一方,就可使磁电机与电流反向而接,转向另一方,可以借磁电机增大电流。前一情况,仪器具有磁电机的所有特性,后一情况适得其反,它消耗了机械力。” 比较磁电机正反接入电路的实验,焦耳得出结论:“我们从磁电得到了一种媒介,用它可以凭借简单的机械方法,破坏热或产生热。”至此,焦耳已经从磁电机这个具体问题的研究中领悟到了一个具有普遍意义的规律,这就是热和机械功可以互相转化,在转化过程中一定有当量关系。他写道 :“在证明了热可以用磁电机生成,用磁的感应力可以随意增减由于化学变化产生的热之后,探求热和得到的或失去的机械功之间是否存在一个恒定的比值,就成了十分有趣的课题。为此目的,只需要重复以前的一些实验并同时确定转动仪器所需的机械力。” 焦耳在磁电机线圈的转轴上绕两条细线,相距约米处置两个定滑轮,跨过滑轮挂有砝码,砝码约几磅重(1磅=千克),可随意调整。线圈浸在量热器的水中,从温度计的读数变化可算出热量,从砝码的重量及下落的距离可算出机械功。在 1843年的论文中,焦耳根据13组实验数据取平均值得如下结果:“能使1磅的水温度升温华氏一度的热量等于(可转化为)把838磅重物提升1英尺的机械功。”838磅·英尺相当于1135焦耳,这里得到的热功当量838磅·英尺/英热单位等于焦耳/卡(现代公认值为焦耳/卡)。 焦耳并没有忘记测定热功当量的实际意义,就在这篇论文中他指出,最重要的实际意义有两点:(1)可用于研究蒸汽机的出力;(2)可用于研究磁电机作为经济的动力的可行性。可见,焦耳研究这个问题始终没有离开他原先的目标。焦耳还用多孔塞置于水的通道中,测量水通过多孔塞后的温升,得到热功当量为770磅·英尺/英热单位(焦耳/卡)。这是焦耳得到的与现代热功当量值最接近的数值。 1845年,焦耳报道他在量热器中安装一带桨叶的转轮,如图2-1,经滑轮吊两重物下滑,桨轮旋转,不断搅动水使水升温,测得热功当量为890磅·英尺/英热单位,相当于焦耳/卡。 同年,焦耳写了论文《空气的稀释和浓缩所引起的温度变化》,记述了如下实验:把一个带有容器R的压气机C放在作为量热器的水桶A中,如图2-2。压气机把经过干燥器G和蛇形管W的空气压缩到容器R中,然后测量空气在压缩后的温升,从温升可算出热量。气压从一个大气压变为22个大气压,压缩过程视为绝热过程,可计算压气机作的功。由此得到热功当量为823及795磅·英尺/英热单位。然后,经蛇形管释放压缩空气 (图2-3),量热器温度下降,又可算出热功当量为820、 814、760磅· 英尺/英热单位, 从空气的压缩和膨胀得到的平均值为798磅·英尺/英热单位,相当于焦耳/卡。 1849年6月,焦耳作了一个《热功当量》的总结报告,全面整理了他几年来用桨叶搅拌法和铸铁摩擦法测热功当量的实验,给出如下结果(单位均以磅·英尺/英热单位表示) : 空气中的当量值真空中的当量值平均水汞汞铸铁铸铁焦耳的实验结果处理得相当严密,在计算中甚至考虑到将重量还原为真空中的值。对上述结果,焦耳作了分析,认为铸铁摩擦时会有微粒磨损,要消耗一定的功以克服其内聚力,因此所得结果可能偏大。汞和铸铁在实验中不可避免会有振动,产生微弱的声音,也会使结果偏大。在这三种材料中,以水的比热最大,所以比较起来,应该是用水作实验最准确。 因此, 在他的论文结束时,取772作为最后结果, 这相当于焦耳/卡。对此,他概括出两点:“第一,由物体,不论是固体或液体,摩擦产生的热量总是正比于消耗的力之量;第二,使一磅水(在真空中称量,用于55°-60°)的温度升高1℉,所需消耗的机械力相当于772磅下落1英尺。”焦耳从1843年以磁电机为对象开始测量热功当量,直到1878年最后一次发表实验结果,先后做实验不下四百余次,采用了原理不同的各种方法,他以日益精确的数据,为热和功的相当性提供了可靠的证据,使能量转化与守恒定律确立在牢固的实验基础之上。

学位论文热力学第一定律

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。埃瓦特(Peter Ewart,1767—1842)对煤的燃烧所产生的热量和由此提供的“机械动力”之间的关系作了研究,建立了定量联系。丹麦工程师和物理学家柯尔丁(,1815—1888)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。”俄国的赫斯(,1802—1850)在更早就从化学的研究得到了能量转化与守恒的思想。他原是瑞士人,3岁时到俄国,当过医生,在彼得堡执教,他以热化学研究著称。1836年赫斯向彼得堡科学院报告:“经过连续的研究,我确信,不管用什么方式完成化合,由此发出的热总是恒定的,这个原理是如此之明显,以至于如果我不认为已经被证明,也可以不加思索就认为它是一条公理。”于1840年3月27日在一次科学院演讲中提出了一个普遍的表述:“当组成任何一种化学化合物时,往往会同时放出热量,这热量不取决于化合是直接进行还是经过几道反应间接进行。”以后他把这条定律广泛应用于他的热化学研究中。赫斯的这一发现第一次反映了热力学第一定律的基本原理;热和功的总量与过程途径无关,只决定于体系的始末状态。体现了系统的内能的基本性质——与过程无关。赫斯的定律不仅反映守恒的思想,也包括了“力”的转变思想。至此,能量转化与守恒定律已初步形成。其实法国工程师萨迪·卡诺(Sadi Carnot,1796—1832)早在1830年就已确立了功热相当的思想,他在笔记中写道:“热不是别的什么东西,而是动力,或者可以说,它是改变了形式的运动,它是(物体中粒子的)一种运动(的形式)。当物体的粒子的动力消失时,必定同时有热产生,其量与粒子消失的动力精确地成正比。相反地,如果热损失了,必定有动力产生。”“因此人们可以得出一个普遍命题:在自然界中存在的动力,在量上是不变的。准确地说,它既不会创生也不会消灭;实际上,它只改变了它的形式。”卡诺未作推导而基本上正确地给出了热功当量的数值:370千克米/千卡。由于卡诺过早地死去,他的弟弟虽看过他的遗稿,却不理解这一原理的意义,直到1878年,才公开发表了这部遗稿。这时,热力学第一定律早已建立了。对能量转化与守恒定律作出明确叙述的,首先要提到三位科学家。他们是德国的迈尔(RobertMayer,1814—1878)、赫姆霍兹(Hermann von Helmholtz,1821—1894)和英国的焦耳。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,他的推理如下 :“力是原因:因此,我们可以全面运用这样一条原则来看待它们,即‘因等于果’。设因c有果e,则c=e;反之,设e为另一果f之因,则有e=f等等,c=e=f=…=c在一串因果之中,某一项或某一项的某一部分绝不会化为乌有,这从方程式的性质就可明显看出。这是所有原因的第一个特性,我们称之为不灭性。”接着迈尔用反证法,证明守恒性(不灭性):“如果给定的原因c产生了等于其自身的结果e,则此行为必将停止;c变为e;若在产生e后,c仍保留全部或一部分,则必有进一步的结果,相当于留下的原因c的全部结果将>e,于是就将与前提c=e矛盾。”“相应的,由于c变为e,e变为f等等,我们必须把这些不同的值看成是同一客体出现时所呈的不同形式。这种呈现不同形式的能力是所有原因的第二种基本特性。把这两种特性放在一起我们可以说,原因(在量上)是不灭的,而(在质上)是可转化的客体。” 迈尔的结论是:“因此力(即能量)是不灭的、可转化的、不可秤量的客体。”迈尔这种推论方法显然过于笼统,难以令人信服,但他关于能量转化与守恒的叙述是最早的完整表达。迈尔在1845年发表了第二篇论文: 《有机运动及其与新陈代谢的联系》,该文更系统地阐明能量的转化与守恒的思想。他明确指出:“无不能生有,有不能变无”,“在死的和活的自然界中,这个力(按:即能量)永远处于循环转化的过程之中。任何地方,没有一个过程不是力的形式变化!”他主张:“热是一种力,它可以转变为机械效应。”论文中还具体地论述了热和功的联系,推出了气体定压比热和定容比热之差Cp-Cv等于定压膨胀功R的关系式。现在我们称Cp-Cv=R为迈尔公式。 接着迈尔又根据狄拉洛希(Delaroche)和贝拉尔德(Berard)以及杜隆(Dulong)气体比热的实验数据Cp=卡/克·度、 Cv=卡/克·度计算出热功。 计算过程如下:在定压下使1厘米3空气加热温升1度所需的热量为:Qp=mcpΔt=卡(取空气密度ρ=克/厘米3)。相应地,在定容下加热同量空气温升 1度消耗的热Qv=卡。二者的热量差Qp-Qv=卡。另一方面,温度升高1度等压膨胀时体积增大为原体积的1/274倍;气体对外作的功,可以使千克的水银柱升高1/274厘米。即功=×1/27400 =×10-5千克·米。于是迈尔得出热功当量为J=A/(Qp-Qv) =×10-5/×10-7=367千克·米/千卡。或3597焦耳/千卡,21世纪初的精确值为4187焦耳/千卡。迈尔还具体地考察了另外几种不同形式的力。他以起电机为例说明了“机械效应向电的转化。”他认为:“下落的力”(即重力势能)可以用“重量和(下落)高度的乘积来量度。”“与下落的力转变为运动或者运动转变为下落的力无关,这个力或机械效应始终是不变的常量。” 迈尔第一个在科学史中将热力学观点用于研究有机世界中的现象,他考察了有机物的生命活动过程中的物理化学转变,确信“生命力”理论是荒诞无稽的。他证明生命过程无所谓“生命力”,而是一种化学过程,是由于吸收了氧和食物,转化为热。这样迈尔就将植物和动物的生命活动,从唯物主义的立场,看成是能的各种形式的转变。1848年迈尔发表了《天体力学》一书,书中解释陨石的发光是由于在大气中损失了动能。他还应用能量守恒原理解释了潮汐的涨落。迈尔虽然第一个完整地提出了能量转化与守恒原理,但是在他的著作发表的几年内,不仅没有得到人们的重视,反而受到了一些著名物理学家的反对。由于他的思想不合当时流行的观念,还受到人们的诽谤和讥笑,使他在精神上受到很大刺激,曾一度关进精神病院,倍受折磨。 赫姆霍兹的研究从多方面论证能量转化与守恒定律的是德国的海曼·赫姆霍兹。他曾在著名的生理学家缪勒(Johannes Müller)的实验室里工作过多年,研究过“动物热。”他深信所有的生命现象都必得服从物理与化学规律。他早年在数学上有过良好的训练,同时又很熟悉力学的成就,读过牛顿、达朗贝尔、拉格朗日等人的著作,对拉格朗日的分析力学有深刻印象。他的父亲是一位哲学教授,和著名哲学家费赫特(Fichte)是好朋友。海曼·赫姆霍兹接受了前辈的影响,成了康德哲学的信徒,把自然界大统一当作自己的信条。他认为如果自然界的“力”(即能量)是守恒的,则所有的 “力” 都应和机械 “力” 具有相同的量纲, 并可还原为机械 “力”。1847年,26岁的赫姆霍兹写成了著名论文《力的守恒》,充分论述了这一命题 。这篇论文是1847年7月23日在柏林物理学会会议上的报告,由于被认为是思辨性、缺乏实验研究成果的一般论文,没有在当时有国际声望的《物理学年鉴》上发表,而是以小册子的形式单独印行的 。但是历史证明,这篇论文在热力学的发展中占有重要地位,因为赫姆霍兹总结了许多人的工作,一举把能量概念从机械运动推广到了所有变化过程,并证明了普遍的能量守恒原理。这是一个十分有力的理论武器,从而可以更深入地理解自然界的统一性。赫姆霍兹在这篇论文一开头就声称,他的“论文的主要内容是面对物理学家,”他的目的是“建立基本原理,并由基本原理出发引出各种推论,再与物理学不同分支的各种经验进行比较。” 在他的论述中有一明显的趋向,就是企图把一切自然过程都归结于中心力的作用。我们都知道,在只有中心力的作用下,能量守恒是正确的,但是这只是能量守恒原理的一个特例,把中心力看成是普遍能量守恒的条件就不正确了。他的论文共分六节,前两节主要是回顾力学的发展,强调了活力守恒(即动能守恒),进而分析了“力”的守恒原理(即机械能守恒原理);第三节涉及守恒原理的各种应用;第四节题为“热的力当量性,”他明确地摒弃了热质说,把热看成粒子(分子或原子)运动能量的一种形式。第五节“电过程的力相当性”和第六节“磁和电磁现象的力相当性”讨论各种电磁现象和电化学过程,特别是电池中的热现象对能量转化关系进行了详细研究。文章最后提到能量概念也有可能应用于有机体的生命过程,他的论点和迈尔接近。不过,看来他当时并不知道迈尔的工作。 赫姆霍兹在结束语中写道:“通过上面的叙述已经证明了我们所讨论的定律没有和任何一个迄今所知的自然科学事实相矛盾,反而却引人注目地为大多数事实所证实。……这定律的完全验证,也许必须看成是物理学最近将来的主要课题之一。” 实际上,实验验证这一定律的工作早在赫姆霍兹论文之前就已经开始了。焦耳在这方面做出了巨大贡献。焦耳的实验研究焦耳是英国著名实验物理学家。1818年他出生于英国曼彻斯特市近郊,是富有的酿酒厂主的儿子。他从小在家由家庭教师教授, 16岁起与其兄弟一起到著名化学家道尔顿(John Dalton,1766—1844)那里学习,这在焦耳的一生中起了关键的指导作用,使他对科学发生了浓厚的兴趣,后来他就在家里做起了各种实验,成为一名业余科学家。 这时正值电磁力和电磁感应现象发现不久,电机——当时叫磁电机(electric-magnetic engine)——刚刚出现, 人们还不大了解电磁现象的内在规律,也缺乏对电路的深刻认识,只是感到磁电机非常新奇,有可能代替蒸汽机成为效率更高、管理方便的新动力,于是一股电气热潮席卷了欧洲,甚至波及美国。焦耳当时刚20岁,正处于敏感的年龄,家中又有很好的实验条件(估计他父亲厂里有蒸汽机),对革新动力设备很感兴趣,就投入到电气热潮之中,开始研究起磁电机来。从1838年到1842年的几年中,焦耳一共写了八篇有关电机的通讯和论文,以及一篇关于电池、三篇关于电磁铁的论文。他通过磁电机的各种试验注意到电机和电路中的发热现象,他认为这和机件运转中的摩擦现象一样,都是动力损失的根源。于是他就开始进行电流的热效应的研究。1841年他在《哲学杂志》上发表文章《电的金属导体产生的热和电解时电池组中的热》,叙述了他的实验:为了确定金属导线的热功率,让导线穿过一根玻璃管,再将它密缠在管上,每圈之间留有空隙,线圈终端分开。然后将玻璃管放入盛水的容器中,通电后用温度计测量水产生的温度变化。实验时,他先用不同尺寸的导线,继而又改变电流的强度,结果判定“在一定时间内伏打电流通过金属导体产生的热与电流强度的平方及导体电阻的乘积成正比。”这就是著名的焦耳定律,又称iR定律 。随后,他又以电解质做了大量实验,证明上述结论依然正确。iR定律的发现使焦耳对电路中电流的作用有了明确的认识。 他仿照动物体中血液的循环,把电池比作心肺,把电流比作血液,指出:“电可以看成是携带、安排和转变化学热的一种重要媒介”,并且认为,在电池中“燃烧”一定量的化学“燃料”,在电路中(包括电池本身)就会发出相应大小的热,和这些燃料在氧气中点火直接燃烧所得应是一样多。请注意,这时焦耳已经用上了“转变化学热”一词,说明他已建立了能量转化的普遍概念,他对热、化学作用和电的等价性已有了明确的认识。 然而,这种等价性的最有力证据,莫过于热功当量的直接实验数据。正是由于探索磁电机中热的损耗,促使焦耳进行了大量的热功当量实验。1843年焦耳在《磁电的热效应和热的机械值》一文中叙述了他的目的,写道:“我相信理所当然的是:磁电机的电力与其它来源产生的电流一样,在整个电路中具有同样的热性质。当然,如果我们认为热不是物质,而是一种振动状态,就似乎没有理由认为它不能由一种简单的机械性质的作用所引起,例如象线圈在永久磁铁的两极间旋转的那种作用。与此同时,也必须承认,迄今尚未有实验能对这个非常有趣的问题作出判决,因为所有这些实验都只限于电路的局部,这就留下了疑问,究竟热是生成的,还是从感应出磁电流的线圈里转移出来的?如果热是线圈里转移出来的,线圈本身就要变冷。……所以,我决定致力于清除磁电热的不确定性。” 焦耳把磁电机放在作为量热器的水桶里,旋转磁电机,并将线圈的电流引到电流计中进行测量,同时测量水桶的水温变化。实验表明,磁电机线圈产生的热也与电流的平方成正比。焦耳又把磁电机作为负载接入电路,电路中另接一电池,以观察磁电机内部热的生成,这时,磁电机仍放在作为量热器的水桶里,焦耳继续写道:“我将轮子转向一方,就可使磁电机与电流反向而接,转向另一方,可以借磁电机增大电流。前一情况,仪器具有磁电机的所有特性,后一情况适得其反,它消耗了机械力。” 比较磁电机正反接入电路的实验,焦耳得出结论:“我们从磁电得到了一种媒介,用它可以凭借简单的机械方法,破坏热或产生热。”至此,焦耳已经从磁电机这个具体问题的研究中领悟到了一个具有普遍意义的规律,这就是热和机械功可以互相转化,在转化过程中一定有当量关系。他写道 :“在证明了热可以用磁电机生成,用磁的感应力可以随意增减由于化学变化产生的热之后,探求热和得到的或失去的机械功之间是否存在一个恒定的比值,就成了十分有趣的课题。为此目的,只需要重复以前的一些实验并同时确定转动仪器所需的机械力。” 焦耳在磁电机线圈的转轴上绕两条细线,相距约米处置两个定滑轮,跨过滑轮挂有砝码,砝码约几磅重(1磅=千克),可随意调整。线圈浸在量热器的水中,从温度计的读数变化可算出热量,从砝码的重量及下落的距离可算出机械功。在 1843年的论文中,焦耳根据13组实验数据取平均值得如下结果:“能使1磅的水温度升温华氏一度的热量等于(可转化为)把838磅重物提升1英尺的机械功。”838磅·英尺相当于1135焦耳,这里得到的热功当量838磅·英尺/英热单位等于焦耳/卡(现代公认值为焦耳/卡)。 焦耳并没有忘记测定热功当量的实际意义,就在这篇论文中他指出,最重要的实际意义有两点:(1)可用于研究蒸汽机的出力;(2)可用于研究磁电机作为经济的动力的可行性。可见,焦耳研究这个问题始终没有离开他原先的目标。焦耳还用多孔塞置于水的通道中,测量水通过多孔塞后的温升,得到热功当量为770磅·英尺/英热单位(焦耳/卡)。这是焦耳得到的与现代热功当量值最接近的数值。 1845年,焦耳报道他在量热器中安装一带桨叶的转轮,如图2-1,经滑轮吊两重物下滑,桨轮旋转,不断搅动水使水升温,测得热功当量为890磅·英尺/英热单位,相当于焦耳/卡。 同年,焦耳写了论文《空气的稀释和浓缩所引起的温度变化》,记述了如下实验:把一个带有容器R的压气机C放在作为量热器的水桶A中,如图2-2。压气机把经过干燥器G和蛇形管W的空气压缩到容器R中,然后测量空气在压缩后的温升,从温升可算出热量。气压从一个大气压变为22个大气压,压缩过程视为绝热过程,可计算压气机作的功。由此得到热功当量为823及795磅·英尺/英热单位。然后,经蛇形管释放压缩空气 (图2-3),量热器温度下降,又可算出热功当量为820、 814、760磅· 英尺/英热单位, 从空气的压缩和膨胀得到的平均值为798磅·英尺/英热单位,相当于焦耳/卡。 1849年6月,焦耳作了一个《热功当量》的总结报告,全面整理了他几年来用桨叶搅拌法和铸铁摩擦法测热功当量的实验,给出如下结果(单位均以磅·英尺/英热单位表示) : 空气中的当量值真空中的当量值平均水汞汞铸铁铸铁焦耳的实验结果处理得相当严密,在计算中甚至考虑到将重量还原为真空中的值。对上述结果,焦耳作了分析,认为铸铁摩擦时会有微粒磨损,要消耗一定的功以克服其内聚力,因此所得结果可能偏大。汞和铸铁在实验中不可避免会有振动,产生微弱的声音,也会使结果偏大。在这三种材料中,以水的比热最大,所以比较起来,应该是用水作实验最准确。 因此, 在他的论文结束时,取772作为最后结果, 这相当于焦耳/卡。对此,他概括出两点:“第一,由物体,不论是固体或液体,摩擦产生的热量总是正比于消耗的力之量;第二,使一磅水(在真空中称量,用于55°-60°)的温度升高1℉,所需消耗的机械力相当于772磅下落1英尺。”焦耳从1843年以磁电机为对象开始测量热功当量,直到1878年最后一次发表实验结果,先后做实验不下四百余次,采用了原理不同的各种方法,他以日益精确的数据,为热和功的相当性提供了可靠的证据,使能量转化与守恒定律确立在牢固的实验基础之上。

化学基本观念是学生通过化学学习所获得的对化学的总观性的认识,化学基本观念不是具体的化学知识,它是在具体化学知识的基础上通过不断的概括提炼而形成的,它对学生科学素养的养成将发挥重要的作用。下面是我为大家整理的化学本科生 毕业 论文,供大家参考。

[摘要]《化工热力学》是能源化学工程专业一门理论性和逻辑性较强的专业基础课, 文章 阐述了作者在《化工热力学》课程教学过程中如何提高学生对学习本课程兴趣的教学实践和教学体会。通过明确教学内容和教学主线,改变传统的单一的课堂教学,将课堂教学与学科动态及工程实践密切结合,激发学生学习兴趣,培养学生自主学习能力和工程意识,以满足培养能源化学工程领域领军人物的要求。

[关键词]化工热力学;能源化学工程;教学实践;教学体会

化工热力学是化工类学生的专业必修课程之一,主要讲述热力学定律在化学工程领域的应用,包括化工过程中各种形式的能量之间相互转换规律及过程趋近平衡的极限条件等。它是培养学生分析和解决实际化工问题思维 方法 的重要专业理论基础课[1-3]。然而该课程的课程内容抽象、计算繁琐,学生感到非常难学又缺乏实际应用,在课程学习过程中学生产生恐惧和厌学心理,达不到良好的教学效果,因此,我们对该课程的教学内容和 教学方法 进行一些改革和尝试,希望激发学生学习的兴趣,进而更好地掌握这门课程,为后续专业课程的学习夯实基础。武汉大学2013年新开设的能源化学工程专业是由1958年原武汉水利电力学院开办的“电厂化学”专业发展而来,主要面向电力行业及高效洁净能源领域(包括超临界火电、核电、生物质能、氢能、新型化学电源等),培养掌握化学与化工基础理论及能源化学专业知识和技能的未来行业发展的领军人物。目前,本专业主要有水处理、材料腐蚀与防护、化学监督与控制、能源化学四个主要研究方向。为了适应学校对新专业发展和一流学科建设的要求,2015年在本专业大三学生中新增设了《化工热力学》这门化工类专业的专业基础课程。如何调动学生的课堂积极性,培养学生的创新能力,夯实学生的专业基础,使他们在54学时的学习过程中理解并掌握本门课程的基本概念,并且将抽象的理论与实际的能源化学过程联系起来是本课程的核心教学任务。本文结合我校能源化学工程专业的培养目标,浅谈《化工热力学》的教学体会,着重对教学方式进行了探索和实践,为培养能源化学工程领域的领军人物奠定基础。

1明确教学内容与课程主线

结合我校《化工热力学》课程以工程应用为中心、专业研究方向覆盖面广等特点,我们选用了朱自强等编著、化学工业出版社出版的《化工热力学》作为教材[4],同时,也鼓励学生使用部分参考教材(《化工热力学》,冯新等编,2008;《化工热力学(第二版)》,陈钟秀等编,2000;《化工热力学导论(原著第七版)》,.史密斯等编,刘洪来等译,2007)[5-7]。化工热力学发展时间较长,已形成较完整的知识体系,如何在54学时内有效地把关键知识点教授给学生是本课程教学实践的关键。由于本专业学生在大二《物理化学》课程中已经系统学习了理想气体相关的状态方程及其应用,因此在本课程教学中不再赘述,而是重点介绍工程实际应用较多的二参数状态方程、化工热力学分析、溶液热力学、流体相平衡和化学反应平衡等。在教学实践中,首先,详细分析《化工热力学》教材结构,围绕主线内容合理编排知识点;其次,建立好各知识点之间的逻辑关系,让学生在大脑中建立化工热力学框架图;最后,根据能源化学工程专业的需要,适当删减补充了教材内容,结合学科动态,增强化工热力学的应用能力,如燃料电池开路电压的计算、水/二氧化碳共电解制合成气过程中气体组成的计算等。

2改变单一课堂教学模式,培养学生自主学习能力

化工热力学课程设计的公式多而繁杂,学生在开始学习阶段容易产生恐惧厌学心理,传统的单一课堂教学模式具有“教师主导学生学习”的特点,与本课程“教师引导学生学习”的教学目的存在较大偏差。因此,应改变传统单一课堂讲授模式,充分采用“启发式”和“参与式”相结合的教学方法。首先,教师在 课前预习 阶段设疑(提出问题),促使学生思考,复习旧知识,预习新知识;其次,教师在教学实践过程中采用多媒体和板书相结合的教学方式解疑(解决问题),并通过对例题和习题的讲解加深学生对化工热力学原理、方法和应用的理解,同时,教学过程中应避免陷于抽象的说教和枯燥的公式推导之中,重点讲述化工热力学知识点的应用条件和物理意义;最后,课堂教学结束后,教师主动与学生面对面交流答疑(探讨问题),并设置思考题让学生查阅相关资料。通过“设疑—解疑—答疑”的渐进式教学方法达到对关键知识点举一反三的目的,同时,吸引学生注意力,培养学生自主学习能力,提高学生学习的积极性和主动性。

3课堂教学与工程实践密切结合,培养学生初步的工程观点

化工热力学由于理论性较强、基本概念多且抽象,而且本科生在学习过程中接触科研课题及工程实践的机会较少,将课堂教学内容与科研课题及工程实践紧密结合起来,建立“以应用为中心”、“探究式”的特色教学模式,紧密联系我校在能源化学工程领域(特别是超临界火电、核电、生物质能、氢能、新型化学电源等方面)开发利用的化学工程实际问题,把学科前沿领域的科研成果带入课堂,可以使他们强化科研思想、激发听课兴趣、培养创新能力;同时,可以让学生获取利用化工热力学基本原理解决工程实际问题提供思路和方法,培养学生初步的工程观点。

4考核方式方法研究

传统的期末一张考卷为准的考试方式不利于学生能力的培养,也不能全面地体现学生对所学知识的掌握程度,为了更加系统全面地评价学生对课程内容的认识情况,我们对课程的考核方式方法进行了改革探索。目前,课程成绩总评包括平时成绩和期末成绩两部分,其中平时成绩包括学生的课堂综合表现、课程预习、作业三个部分,各占10%;期末考试采用开卷方式考试,考试的题目偏重于对知识点的理解和其在能源化学过程中的应用。然而由于该课程的课程内容抽象、计算繁琐,教学过程中发现仍有部分学生存在畏惧厌学心理,因此,在今后的教学实践中应考虑进一步激发学生的学习兴趣,增强学生的主观能动性,在课堂教学中引入分组讨论,开展导向性的专题研究,将课程内容与能源化学过程(特别是学科动态)相结合,培养学生查阅资料和分工协作的能力,为学生下一步学习专业课程夯实基础。

5结束语

在《化工热力学》课程的教学实践和尝试中,首先要明确教学内容与主线,打破单一的学生被动听讲的模式,理论联系实际应用,调动学生学习的积极性和主动性,激发学生对教学内容的兴趣,并且在教学的过程中对教学方法进行改革创新,因材施教,为学生下一步学习更专业的能源化学工程知识和从事新能源行业工作奠定扎实的基础。

参考文献

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[3]李兴扬,唐定兴,沈凤翠,等.化工热力学教学改革与体验[J].化工高等教育,2011,3:71-73.

[4]朱自强,吴有庭.化工热力学(第三版)[M].北京:化学工业出版社,2009.

[5]冯新,宣爱国,周彩荣,等.化工热力学[M].北京:化学工业出版社,2008.

[6]陈钟秀,顾飞燕,胡望明.化工热力学(第二版)[M].北京:化学工业出版社,2000.

[7]史密斯JM,范内斯HC,阿博特MM,等编;刘洪来,陆小华,陈新志,等译.化工热力学导论(原著第七版)(IntroductiontoChemicalEngineeringThermodynamics,SevenEdition).北京:化学工业出版社,2007.

摘要:随着我国科学技术的不断发展,化学工程技术在化学生产中的应用越来越广泛。化学工程技术作为化学生产中重要的一项技术,不仅能够有效的节约在化学生产中所需要的时间,而且还能够提高化学工程的生产效率。因此,本文通过对化学工程技术的技术概念进行了阐述后,又详细的介绍了超临界流体技术、传热技术以及绿色化学反应技术在化学生产中的应用,并且分析了现如今的化学工程技术存在的问题,同时提出了相应的对策,从而使得化学工程技术在化学生产中能够有更好的发展。

关键词:化学工程技术;化学生产;应用;分析

在我国,科学技术一直是我们的一项重要的生产技术,随着科技的快速发展,在化学生产过程中也开始广泛的采用化工技术。化学工程技术主要是一项研究化学生产过程中需要采用的相关技术,其主要目的是对化学工程产品进行开发、设计、制造和管理。由于化学工程技术能够有效的提高产品的质量,同时也能够提升化学生产中的工作效率,因此我们对化学工程技术有了更广泛的关注,并不断的将其拓展到化学生产中的各个领域,使得化学工程技术能够发展的更好,进而不断的推进我国的经济发展和科技发展,使我们的生活条件更加优越。

1化学工程技术的技术概念阐述

现如今,化学产品已经成为了人们生活中非常常见的物品,例如药物、食品和日用品,还有农业药物和工厂生产所需的原料等等。因此化学工程技术变成为了一项炙手可热的技术,不断的受到人们的关注。化学工程技术是根据化学理论基础与相关的技术相结合的一项应用于化学生产中的技术,利用化学设备,通过一系列的化学反应进行产品的大量生产。在化学生产的过程中,化学的反应物和设备对于工程的技术要求是非常高的,而化学工程技术的优势就在于能够满足化学反应的要求,进而提高了化学产品的质量。除此之外,化学工程技术还有一项更大的优势就是对废物的处理,这项技术能够尽可能不对环境造成很大的影响,正符合我国当前对生产的要求。

2化学工程技术在化学生产中的应用

超临界流体技术在化学生产中的应用

超临界流体技术主要的内容是,控制一定的温度和压力,使得需要的流体处于液体与气体中间的状态。这种流体的特点集合了气液的优点,它的粘度低与气体相似,它的密度很高与液体相似,这就导致它的扩散能力很强,介于气体和液体之间。同时它还拥有很强的溶解能力和压缩能力。将这种技术应用于化学生产中,通过控制温度与压力,得到超临界流体,利用其拥有的优势来达到节省能耗的目的。现如今,我们将这种技术应用于更过多领域,比如,高分子材料、复合材料、有机物材料和无机物材料。

传热技术在化学生产中的应用

化学工程之中的传热技术主要是分为两方面,一方面是微细尺度传热技术,另一方面是强化传热过程。首先微细尺度传热,是以热对流、热传导、热辐射为主要的内容,从空间尺度和时间尺度微细进行讨论和研究的一项传热技术。这项技术在微米、纳米科学中得到了广泛的应用,并取得了不错的成绩,因此人们更加关注它在化学生产中的应用。强化传热过程,主要的重点是通过调试换热器设备,不断改进生产过程中的传热系数,使其能够有能力不断的对外放热。为了强化传热过程,就要增加冷热流体间的温差,这就必须通过改变换热的面积来提高传热系数,从而来提高传热的效率,使得在化学生产的过程节能减耗。

绿色化学反应技术在化学生产中的应用

通常化学生产的产品一般对我们生活有一些影响的,因此我们就需要采用绿色化学反应来防止化学生产的过程中对环境造成污染,这是从源头来解决污染问题的技术方法。绿色化学只得就是通过使用化学的技术与方法,结合相关的知识来解决化学对人们和环境造成的危害。主要要求就是,化学生产过程中用到的试剂、催化剂、反应原料,和反应完成后的产物与副产物都必须对人类和环境无危害,同时也要保证绿色环保。例如,采用绿色无毒的原料方面,可以将石油原料装换成生物原料。像是在化学产品尼龙的生产过程中,原先采用的是含苯的石油化工原料,我们将可以其原料改换成生物原料,一样也可以制成尼龙,不仅保护了环境,而且也保护了人体收到伤害。除此之外,这项技术在绿色食品生产中也起到了很大的作用,绿色食物是对人体很有益的,在其生产过程中一般禁止使用化学药剂,这样不仅减少了对人体的伤害,同时也减少了对环境的影响。然而生产绿色食品的代价就是成本高,为了可以降低成本又能够有质量,我们可以将化学技术与生物技术相结合,开发基因技术,提高并促进农作物的产量和质量,生物技术与化学反应技术相结合可以在以下过程中充分的利用。

3现今化学工程技术存在的问题

化学工程技术需要进一步的提高

现如今,我国的化学工程技术应用的领域非常更广泛,但是仍存在一些不足。滴状冷凝在工业上的应用仍然不能有很好的表现,因为在获得滴状冷凝后,冷凝的液滴不能够被长久的保存,所以,我们应该在这问题上有进一步的研究,从而来解决这个问题。使得我国的化学工程技术能够有更好的发展,人们能够有更好的生活条件。

化学工程技术的人才匮乏

在化学工程中存在的另一个严重的问题就是技术人才问题,只有用化学专业技术强的人才,才能够更好的提高化学生产的质量。而我国现在就存在这样的问题,化学领域的工作人员的普遍的技术能力和专业能力不强,主要是由于我国的教育体制问题,当代的大学生理论要点掌握很好,但实际操作方面却严重的匮乏,这就导致技术型人才的缺乏,从而影响了化学工程技术的进步。

4对化学工程技术的发展提出对策

不断提升化学工程技术

随着我国的科技不断的发展,化学工程技术也会越来越进步,我们应该不断的更新技术,以此来适应社会科技的发展。应该在巩固传统的化学技术的同时不断的添加新型技术,并抛弃不利的部分,从而实现化学工程技术有更好的发展。

培养化学技术人才

人才的重要性是我们有目共睹的,化学技术人才对于化学工程的发展有着至关重要的作用。因此为了化学工程技术能够有更好的发展,我们重点培养化学技术人才,化学生产企业可以通过与相关专业的院校进行合作,让专业对口的大学生能够有机会到生产工厂进行相关的实习操作,从而来培养理论知识牢固并且有一定的操作能力的技术人才来工作。

5结语

化学工程技术在化学生产过程中的应用广泛,它不仅促进了社会经济的发展,更是提高了人们的生活水平,通过技术和人才的不断涌进,我国的化学工程技术会有更好的发展。

参考文献:

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化学反应的基本原理1、系统:在化学热力学中被研究的对象。2、环境 指系统之外,与系统密切相关、影响所能及的部分。3、相: 是系统中具有相同的物理性质和化学性质的均匀部分。4 、由一系列表征系统性质的物理量所确定下来的系统的存在形式称为系统的状态 。用来表征系统状态的物理量称为状态函数。5、热力学第一定律就是能量守恒定律,它可以叙述为:自然界一切物质都有能量,能量有不同形式, 能从一种形式转换为另一种形式, 再转化过程中能量的总量不变。6、 热力学第一定律: 如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡 ( 温度相同 ) ,则它们彼此也必定处于热平衡。 热力学第一定律是进行体系测量的基本依据 。7、体积功:指由于系统体积发生变化而与环境之间所做的功。 W = F ·Δl ; F = p ·S 则: W = p ·S ·Δl = p ·(V1-V2)=-p ·ΔV 气体膨胀时,Δ V>0,则 W<0 (系统对环境做功,W<0 ) 气体压缩时,Δ V<0,则 W>0 (环境对系统做功,W>0 )8、热力学能:指系统内一切能量的总和, ( 以 U表示 ) 。9、系统与环境之间的能量交换有两种方式,一种是热传递,另一种是做功。10、化学反应的热效应定义: 是指当生成物与反应物的温度相同时, 化学反应过程中所吸收或放出的热量。 化学反应的热效应一般称为反应热, 通常有等容反应热和等压反应热两种。11、 QV = QP –p ΔV 由于 pV=nRT则: Qp = QV + ΔnRT12、焓变定义为化学或物理过程中吸收或放出的热量 , 即 过程完成之后的终态物质的焓与过程发生之前的始态物质的焓之差。13、焓变Δ H : 吸热反应

牛顿第二定律的研究论文

21世纪是知识爆炸的时代,大学物理也不例外。这是我为大家整理的大学物理学术论文,仅供参考!

中学物理中的物理模型

摘要:本文阐述了物理模型的概念、功能,中学物理教材中常见的六种物理模型,物理模型在中学物理教学中地位和作用,以及中学阶段在物理模型的教学过程中应该注意的若干问题。

关键词:中学物理;教学;物理模型

一、物理模型的概念及功能

物理学所分析、研究的实际问题往往很复杂,有众多的因素,为了便于着手分析与研究,物理学往往采用一种“简化”的方法,对实际问题进行科学抽象化处理,保留主要因素,略去次要因素,得出一种能反映原物本质特性的理想物质(过程)或假想结构,此种理想物质(过程)或假想结构就称之为物理模型。

物理模型按其设计思想可分为理想化物理模型和探索性物理模型。前者的特点是突出研究客体的主要矛盾,忽略次要因素,将物体抽象成只具有原物体主要因素但并不客观存在的物质(过程),从而使问题简化。如质点模型、点电荷模型、理想气体模型、匀速直线运动模型等等。后者的特点是依据观察或实验的结果,假想出物质的存在形式,但其本质属性还在进一步探索之中。如原子模型、光的波粒二象性模型等等。

人们建立和研究物理模型的功能主要在于:

一是可以使问题的处理大为简化而又不会发生大的偏差,从中较为方便地得出物体运动的基本规律;

二是可以对模型讨论的结果稍加修正,即可用于对实际事物的分析和研究;

三是有助于对客观物理世界的真实认识,达到认识世界,改造世界,为人类服务之目的。

二、中学物理教材中经常碰到的几种物理模型

物理模型就它在实际问题中所扮演角色或所起作用的不同,可分为:

1.物理对象模型 即把物理问题的研究对象模型化。

例如质点,舍去和忽略形状、大小、转动等性能,突出它具有所处位置和质量的特性,用一个有质量的点来描述,又如点电荷、弹簧振子、单摆、理想变压器、理想电表等等,都是属于将物体本身的理想化。

另外诸如点光源、电场线、磁感线等,则属于人们根据它们的物理性质,用理想化的图形来模拟的概念。

2.物理过程模型 即把研究对象的实际运动过程进行近似处理。排除其在实际运动过程中的一些次要因素的干扰,使之成为理想的典型过程。

如研究一个铁球从高空中由静止落下的过程。首先应考虑吸引力,由公式F=GMm�r2可知,铁球越接近地面,F就越大,其次还要考虑空气阻力、风速、地球自转等影响。这样考查铁球下落运动过程就显得十分复杂,研究起来十分不便。为此,我们在研究过程上突出铁球下落的主要因素,即受重力作用,而忽略其它次要影响,并把重力视为恒力,通过如此简化,使研究问题简化,其研究结果也不致影响到基本规律的正确性。从而成为物理学中一个典型的运动过程,即自由落体运动。这种物理模型称之为过程模型。

教材中的匀速直线运动、简谐振动、弹性碰撞;理想气体的等温、等容、等压、绝热变化等等都是将物理过程模型化。

3.物理条件模型 如自由落体运动规律就是在建立了“忽略空气阻力,认为重力恒定”的条件模型之后才得出来的。力学中的光滑斜面;热学中的绝热容器;电学中的匀强电场、匀强磁场等等,也都是把物体所处的条件理想化了。

4.物理等效模型 即通过充分挖掘原有物理模型的特征去等效具有相似性质或特点的现象和相似运动形态的物质和运动。如将理想气体分子等效为弹性小球,并用弹性小球对器壁的碰撞去解释和推导气体压强公式,用单摆振动模型去等效类比电磁振荡过程等等。

5.物理实验模型 在实验的基础上,抓住主要矛盾,忽略次要矛盾,然后根据逻辑推理法则,对过程作进一步的分析,推理,找出其规律,得出实验结论。

如伽利略就是从斜槽上滚下的小球滚上另一斜槽,后者坡度越小,小球滚得越远的实验基础上提出了他的理想实验――在无摩擦力情况下,从斜槽滚下的小球将以恒定的速度在无限长的水平面上永远不停地运动下去,从而推翻了延续两千多年的“力是维持物体运动的不可缺少”的结论,为惯性定律(牛顿第一定律)的产生奠定了基础。

再如在研究电场强度时,设想在电场中放置一个不会引起电场变化的点电荷,去考查它在各点的F�q值等等。

6.物理数学模型 即建立以物理模型为描述对象的数学模型,进行对客观实体近似的定量计算,从而使问题由繁到简。如单摆的摆线与竖直方向的夹角不得大于50,使弧线计算转化为三角计算等等。

三、物理模型在中学物理教学中的地位和作用

1.建立正确鲜明的物理模型是物理学研究的重要方法和有力手段之一

物理学所研究的各种问题,在实际上都涉及许多因素,而模型则是在抓住主要因素,忽略次要因素的基础上建立起来的。它具有具体形象、生动、深刻地反映了事物的本质和主流这一重要属性。

如“质点”模型,在物体的宏观平动运动中,描述运动的物理量位移、速度、加速度等对同一物体来说其上各点都相同,在这些问题的研究中,运动物体的大小和形状是可不考虑的,故可将运动物体质点化,即用质点模型来取代真实运动的物体。

2.正确鲜明的物理模型本身就是重要的物理内容之一,它与相应的物理概念、现象、规律相依托

人们认识原子结构的进程中,从汤姆逊模型到卢瑟福模型的飞跃就是生动的反映。

爱因斯坦光电效应方程的建立成功地解释了光电效应,而它是建立在反映光粒子性的“光子”模型之上的。

诸多的事实都在说明大凡物理现象、过程、规律都直接与之相应的物理模型关联着;一定的物理模型又是最生动最集中地反映着相应的物理概念、现象、过程和规律,二者密不可分。

3.正确鲜明的物理模型的建立,使许多抽象的物理问题变得直观化、具体化、形象化

例如,电场线对电场的描述,磁感线对磁场的描述。分子模型对理解分子动理论的基本观点,原子核式结构对a粒子散射实验现象的解释;光子模型对光的粒子性的理解等等,凡是学物理的人都会感受到物理模型所给予的无可争辩的重要作用。

四、物理模型的教学要着眼于学生掌握建立正确鲜明的物理模型这一根本方法

物理模型是物理基础知识的一部分,属物理概念的范畴。学习前人为我们创造的各种物理模型是完成教学内容的重要组成部分,培养学生掌握这一方法,即对一个具体的物理内容、现象或过程能反映出一幅鲜明的“物理图景”,是培养学生科学思维能力的一个重要方面。为此,我们在教学中应注意如下几点:

1.讲清各物理模型设计的依据。物理模型看上去是独立的,但设计物理模型的思想是相通的。

2.讲授物理模型要前后呼应,触类旁通。运动学中建立的“质点”模型,发展到质点动力学中,万有引力定律中,以至物体转动问题中,还可引伸到单摆中的摆球,弹簧振子中的振子,甚至帮助我们建立电学中的点电荷模型,光学中的点光源模型。

3.物理模型思维贯穿在物理教学的过程中,随着人们对某个物理问题认识的不断深刻和提高,物理模型也必将随之完善和准确。例如对于光本性的问题,人们从牛顿的微粒说,惠更斯的波动说、电磁说、粒子说到波粒二象性,在此发展过程中光的模型也随之一次次地得到深化。

4.在平时的例题教学中也是处处体现了物理模型的重要地位和作用。解答各类物理习题,学生能否依据题意建立起相应的物理模型,是解题成败的重要环节。如果解题者所理解的题意中的物理模型与命题者的设计模型一致,题意就必然变得清晰鲜明,习题的难点便会随之而突破,这种例子是垂手可得的。

总之,物理模型的教学确实需要我们予以足够的重视,这个问题对提高我们的物理教学水平关系甚大。

物理猜想与中学物理教学

【摘 要】阐述物理猜想在中学物理教学中的意义及教师在物理课堂教学中引导学生进行物理猜想的方法。

【关键词】中学 物理猜想 物理教学

【中图分类号】 G 【文献标识码】 A

【文章编号】0450-9889(2014)11B-0076-02

随着基础教育课程改革的逐步深入,在新课程标准中,对高中生在学习物理过程中的学习能力提出了更高的要求,由此教会学生运用物理猜想方法可以让学生更有效地学好物理。为了促进中学生学会运用物理猜想方法,新课程的物理教材刻意设计了许多研究物理现象的活动。以此增进学生对物理知识的理解,提高学生学习物理知识的能力,例如提出问题、猜想与假设、合作与交流等能力。这些基本能力是确保科学研究各种物理现象得以顺利进行的前提和基础。只有通过猜想、假设,并经过许多的研究活动,才能使研究物理现象过程顺利完成。根据笔者这十多年的教学经验,总结出物理猜想对高中物理教学的作用以及如何通过物理猜想提高物理教学的经验,现浅谈自己的看法。

一、物理猜想对中学物理教学有着重要的意义

新课标义务教育阶段的物理课程中,提出要鼓励学生积极大胆地进行科学研究,使学生从基本的科学研究过程中学到科学研究的方法,最终达到提高他们的科学研究能力的目的。使学生养成尊重事实、大胆想象的科学习惯,发扬研究真理的科学精神;培养学生敢于质疑、勇于创新、战胜困难的信心和决心。在中学物理教学中教师的作用是引导学生进行科学猜想,引导学生进行科学探索活动,提升他们的科学探索创新能力。鼓励他们在研究活动过程中,根据已经了解的物理知识和物理现象,进行猜想与假设,然后设计实验,通过亲自动手做实验来验证自己的猜想与假设。因此,要达到新课标中的要求,笔者认为猜想在新课程标准的教学过程中的运用起到了关键的作用。物理猜想的运用是教育教学发展的要求,也是促进物理教育教学改革和发展的需要。笔者认为运用物理猜想法在中学物理教学中有以下几个重要的意义。

1.提高学生学习兴趣和增进学生学习主动性

学生往往对新生事物比较好奇,都希望能够尽快了解其中的知识、规律和奥秘。如果在中学物理教学过程中多鼓励学生对所要学习的物理现象猜想出其可能出现的某些现象或规律,那么不但能增强学生的新奇心,而且还能激发学生的探究意识和能力,使他们更能积极地深入到学习新知识当中。锻炼和培养中学生的物理猜想能力,能提高学生对研究物理问题的兴趣和欲望。兴趣和欲望正是学生学习物理知识的动力。因此,物理猜想是提高学生学习兴趣和增进学生主动学习的好方法。

2.提高学生的思维能力

在中学物理教学过程中,教师要经常通过提出问题并引导学生根据他们现有知识和理解问题的能力进行猜想,经过观察、实验、归纳、总结等进行严格推理和验证,使学生在学习物理知识的过程中逐渐提高他们的发散思维能力,也使他们思想更加灵活。因此通过猜想法不仅使学生容易理解和掌握物理知识,而且有利于提高学生的思维能力。

3.有利于学生巩固所学的物理知识

物理猜想是学生根据自己的思维意识进行推测,是开放性的思维方式。经过对事物仔细观察和辩别认识,提高了学生对事物整体性的研究,促进学生的思维进程,使学生迅速地理解和掌握新知识。如果这些新知识是由学生自己主动猜想后经过验证推理得来的,那么学生就比较容易接受。因此,这些物理现象及规律就会深深刻印在学生的心里,巩固这些新的物理知识。

4.培养学生创新能力

在新课程标准中,特别着重对中学生创新能力培养。科学的物理猜想是培养中学生创新能力的主要方法之一。科学的物理猜想对中学生创新能力的培养起着积极的作用,它能提高学生的反应能力和灵活解题能力。因此,科学的物理猜想能够非常有效地提高中学生的创新能力。

二、教师在物理课堂教学中引导学生进行物理猜想的方法

教师在教学过程中为了尽可能地发挥学生的想象能力,要根据学生现已掌握的物理知识、兴趣爱好和想象能力等引导学生提出猜想。教师如何更好地引导学生运用已掌握的物理知识和技能来构建出新的物理猜想呢?笔者认为,教师在实际教学过程中需要讲究提出猜想一些方法。

1.启发学生根据自己各种经历、各种经验和已学的知识提出猜想

科学发展的经验告诉我们,科学的猜想并非胡乱猜测,它需要有科学依据,要根据学生的经历、经验、生活常识等提出猜想。爱因斯坦创立的“相对论”起初就是根据前人的经验、自己的经历以及自己掌握的科学知识提出的猜想,然后通过观察、推理、推导、证明,才提出了理论依据,最后才建立了举世闻名的“相对论”。例如,在学习“自由落体运动”时,先让学生观察羽毛和铁片在有空气的玻璃管中同时下落的情况,再启发他们猜想如果将玻璃管中的空气抽出后,再让羽毛和铁片同时下落会出现什么情况。让学生猜想并记下这些猜想,然后通过演示实验让学生观察,最后得出结论。这种通过启发学生猜想和实验演示相结合的教学方法,更能加深学生理解所学的物理知识。

2.激励学生讨论,诱发物理猜想

在教学过程中学生引导学生进行猜想时,应该将学生分成几个组,让各组提出各自不同的猜想,并由他们各自陈述自己猜想的理由和依据。激励他们讨论、争辩,经过讨论和争辩提高他们对物理猜想的兴趣和对物理猜想的积极性。例如,在学习“牛顿第二定律”时,将同学们分成两个小组,一组猜想物体的加速度与力的关系,另一组猜想物体的加速度与质量的关系,然后让他们分别做实验,得出结论。教师在课堂中认真听取各组学生的观点后,引导诱发他们讨论并猜想加速度与力及质量的关系,最后总结出牛顿第二定律。这样能更好地完成教学任务,取得更好的教学效果。

3.鼓励学生大胆猜想

在教学过程中许多学生由于害怕自己提出的猜想被其他同学取笑或者自己提出的猜想不正确被老师责怪而羞以启齿,这时教师应该鼓励、引导学生大胆猜想,消除他们的顾虑。例如,研究玻璃的折射率时,可以猜想单色光通过平行玻璃砖后传播方向是否发生改变。先鼓励学生大胆进行猜想其出射的方向,并记下来。不管他们的猜测是否合理、准确,教师都要持平和的态度,让实验验证结果。只有这样才能提高学生的学习积极性,增强学生科学猜想的意识。

4.创造良好的猜想条件

在教学过程中,当教学到有利于培养学生猜想能力的内容时,教师应该积极引导鼓励学生进行猜想。例如,在“楞次定律”教学中,教师在课堂演示让磁体的N极靠近闭合的铝环的实验之前,先启发学生猜想让磁体的N极靠近闭合的铝环时会看到什么现象,让磁体的N极去靠近有缺口的铝环时又会看到什么现象。然后通过实验引导学生注意观察实验现象。同样,让磁体的S极去靠近闭合的铝环时又会出现什么情况。总之,教师要尽最大可能为学生进行猜想创造条件。

物理猜想既是一种自由尝试,也是一种严谨的创造,因此,在教学过锃中,教师要善于抓住每一个有利于提高学生猜想能力的机会,鼓励学生大胆猜想,从而提高他们的思维能力,增加他们学习物理的兴趣,进而提高物理教学的效率。

【参考文献】

[1]王较过,孟蓓.物理探究教学中培养“猜想与假设”能力的策略[J].当代教师教育,2008(6)

[2]付红周.新课程下全方位认识猜想及其在物理教学中的培养・高中物理[M].北京:人民教育出版社,2012

[3]林东槟.物理探究教学中培养猜想与假设能力的策略[J].实验教学与仪器.2013(4)

[4]蔡严娟.新课改物理探究教学中猜想与假设能力的培养[J].现代教育科研论坛.2011(5)

古代人无法理解地球下面的人为什么不会掉下去,此困惑是由于以自己为参考系而产生的。今天的人们无法理解自由落体运动及天体的公转运动也是惯性运动,此困惑是由于以牛顿惯性为"参考系"而产生的。惯性的实质就是:物体通过某种运动状态来保持或主动改变某种运动状态来达到其内部的熵状态的一种属性。整体科学体系是研究自然整体的整体性质与功能、有序内部结构及其起源与演化过程的科学理论系统。惯性力学严格说来:牛顿第三定律(互为作用力定律)应该是力学"体系"定律,是在各种作用方式力以及各种属性力之间建立关系的定律;去掉牛顿第三定律后的广义力学核心四定律(见[2]文),应该称为"惯性力学"核心三定律(以下简称"惯三律")。"广义"是相对牛顿力学及牛顿惯性而言的。之所以还保留"广义惯性"一词,也是因为只有惯三律被大多数人接受后,才会完成它的历史使命,再改变为"惯性"一词。牛顿第一第二定律(以下简称牛二律)是惯三律的物体外部空间在ρ均匀空间情况下的定律,是其推论,不再是惯性力学的核心公设性质的命题。(一)广义惯性使牛顿力学进化爱因斯坦独具慧眼,从司空见惯的现象中及自由落体运动与质量因素无关的经验事实,总结出了等效原理,且明确与准确地说:物体的同一性质按照不同的处境或表现为"惯性",或表现为"重性"([3]第55页)。这个同一性就是广义惯性,这个处境就是空间。牛顿第二定律实质是其第一定律涵义的数学表达式。所以,广义惯性的发现,其革命意义是指动摇了牛顿第一定律的核心地位。广义惯性包含了牛顿惯性,所以,又是其进化。同时,也说明了需要建立一个取代牛二律的进化性质的核心命题系统的新力学理论。广义惯性又引出了两种空间及其区别的新问题。这个新问题困扰了爱因斯坦的一生,走了一大圈"弯"路后,在他晚年时,才看到了解决这个问题的曙光--物体具有空间的广延性([3]第十五版说明),由此"广延性"再往前走一步,就是[2]文说的ρ空间及其区别的标志是其梯度值的有否。这说明还需要一个新的涉及空间的基本概念及与其相对应的原来等效原理所没有涉及到的新的经验事实:物体质量部分的压强梯度现象(注:在固态的具体物体内部,此"压强梯度"表现为"胁强"),也就是爱因斯坦的物体的空间广延性的具体体现。同时也引出了物体的非刚性及其具有内部空间结构的抽象性质([4]第六章)。于是,"万事俱备",只欠建立一个新的核心命题系统了。可以说,惯三律就是这个系统。广义惯性是由于把"重性"也归于同牛顿惯性一样的物体属性,所以,其革命意义也主要体现在"重力"方面。"引力"是对重力本质的错误认识。广义惯性与场概念把原来引力中的两个平权的物体分离开来:一个是仅表现广义惯性的一般(非整体)物体;另一个是具有产生重力场的特殊性的中心物体。一般物体与中心物体之间已经没有"力"的关系了。但通过重力场(原来引力场与自转惯性离心力合成的重力场涵义需要改变)有"能"的关系(见此文的"ρ空间与能"一节)。到此为止,广义惯性已经完成了其逻辑任务,即取消了引力及导出了中心物体的特殊性(当然也具有广义惯性的一般性)。这个特殊性的中心物体就是整体天体。于是,广义惯性与整体天体就构成了理论的内部逻辑性(也就是"自圆其说")。广义惯性取消了惯性质量与引力质量的区别。当然,更没有质量的第三个属性--产生引力场。说重力场是特殊的ρ空间,也有其对应的经验事实,即具有重力场的质量部分的天体,一般都具有密度及压强(也有温度及磁场因素)与中心距离近似反比分布(中聚度)的现象。同时,其现象也表明了这个天体(中心物体)的特殊性。中聚度现象已经是整体性的一种体现。(二)再看牛顿力学为什么人们回避牛顿第二定律中的"力"(外力)的反作用力就是物体的惯性力的道理呢?就是因为把重力也当作外力(引力)时,物体本身没有反作用力--惯性力(重力加速度与物体质量的大小无关),这正是牛顿力学理论内部的不能"自圆其说"的地方,这也正是爱因斯坦所注意的地方。为了回避这矛盾性(无意识的),不得不让其"外力"担当"广义"的力的重任。"力是物体加速运动的原因"这一没有条件限制的观念,是牛顿力学最主要的思维定势。不管是相对的加速运动还是"绝对"的加速运动,人们都在头脑中马上反映出来要乘上物体的质量,使力成为其运动的原因。于是,其直接错误后果就是把非牛顿惯性系内或重力场内的物体"自由"或有阻力的"不自由"的加速运动,也当作有外力(不包括阻力)正在作用之。之所以把非牛顿惯性系中的外力惯性力叫做虚构力,是说明牛顿力学中还有第二个观念:"力是物体对物体的直接作用"--这是作用方式力,但有的教材除了摩擦力外,把作用方式力几乎都归结于弹性力则是错误的。又从这第二个观念来看其外力惯性力时,真的不存在另一个物体来表现之,只得权宜称为虚构力。当把重力也当作外力时,发现确实有另一个物体(中心物体)与之对应,这可是"真实"的外力了。麻烦又出现了,这个引力是超距作用性质的力,从作用方式力的观念角度来看时,又难理解了。为了让引力回复到可理解的直接作用性,又引起了从牛顿时代起至今的许多人去虚构在两个超距的物体之间飞来飞去的各种"微粒子",以此物来担当引力成为直接作用性的重任。引力本来也是虚构力,还要为这虚构的"东西"再虚构一些东西,麻烦可就大了。因为凡是具有质量的物体都具有广义惯性,也可以说是"万有"惯性。之所以惯性力学在力学体系中占有主要及重要的地位,而其他属性(如弹性与磁性等)力学占次要地位,且以"惯性力"作为力的物理单位,也是由于其"万有"的原因。但作为表现广义惯性力的重力的空间(重力场)及场源物体(整体天体)可不"万有"。这两个角度分不开,还会认为重力(引力)"万有",这又会回到为什么会超距作用的难理解的怪圈。广义惯性使探索"引力作用机制"的研究方向成为毫无意义的方向,是徒劳无功的方向,因为引力本身是由牛二律的局限性而派生出来的虚构的力。(三)再看广义相对论爱因斯坦特有的知识结构(马赫哲学、狭义相对论、四维时空、光、场及黎曼几何),决定了他走上了一条充满荆棘的理论之路。马赫的功绩是看到了牛顿力学体系中有一个缺陷,就是物体的运动状态依参考系的不同而有所不同,于是,作为判断牛顿惯性运动的前提也就成为不确定的了(相对性)。不得已,马赫把现象世界的远处的恒星当作其绝对参考系了。马赫的错误就是把牛顿惯性定律中的物体的属性(保持性)与其运动状态问题混在一起了。爱因斯坦受马赫哲学的启发,又发现了等效原理,但同时又继承了马赫的错误。被夸大为改变人们时空观念意义的四维时空,只不过是用"运动"(还是光运动)角度来规定空间的一种方法。规定有结构的空间可有各种方法,其各种方法是平权的。用什么方法来规定空间则取决于理论与实践的需要。如果去掉了"光速"的弯曲时空还有力学意义的话,与牛顿引力定律正是互为补充的关系本体性的场的描述:一个是以广义惯性"运动"的角度的描述;一个是以广义惯性"力"的角度的描述。而牛顿引力势所包含的空间意义,正是中心结构的ρ非均匀空间(重力场)的经验性的描述。终究是"描述",都不能代替核心命题性质的"表述"。没有明确的命题表述,其描述也就没有明确的理解前提。惯三律与广义相对论都以等效原理为其经验基础。只不过爱因斯坦又走上了光速的等效原理之路。而光速的等效原理是由"思维"实验得来的,且唯一能验证其理论的星光在太阳附近偏转现象,爱因斯坦在具体计算其偏转角度时,实际上是"非常谨慎地用惠更斯原理"([5]第23页)。而惯三律所依据的"低速"等效原理,连幼儿园里的儿童都可以感觉到坐滑梯时的加速度与坐汽车时的汽车加速度的区别,因其身体内有胁强的有否或大小之区别。战斗机飞行员已经体验了低速等效原理的所有内涵。所以,任何脱离与回避"低速"等效原理的力学理论,肯定是不会成功的理论,因为其现象普遍存在于客观世界,且与力学密切相关。爱因斯坦之所以对"光"情有独钟,也许是无意识的回避其理论中的一个内在矛盾:"产生"引力场的中心质量(中心物体)必须很大,而体现弯曲时空(引力场)作用的物体必须很小且产生与不产生引力场无关紧要,这与引力中的两个平权的物体涵义是矛盾的。而"光子"正好是最小的物体,也就回避了这个矛盾。只有"整体天体才产生重力场"的结论,才可以解决这个矛盾。引力波、黑洞与四种相互作用力的统一的课题,来源于爱因斯坦。引力已经不存在了,当然"引力"波也不存在了;如果重力场有边界,重力场就与电磁场不同,当然引力"波"也不存在了。如果以光线在重力场中弯曲的角度而导出的"黑洞",黑洞不存在,因为光线在重力场中弯曲的原理不是由于"引力";如果是由于"弯曲时空"原理而导出的"黑洞",黑洞也不存在,因为本来弯曲时空是由光线的弯曲(光子的广义惯性运动)而规定出来的,反过来又认为光线的弯曲是由弯曲时空所造成的,这是什么逻辑?如果光线在重力场中有红移效应,那么,由此原理而导出的黑洞,黑洞有可能存在。引力都不存在了,也就无所谓四种相互作用力的统一的问题。目前的"大统一理论"仅剩下"引力"没有被统一进去,也正说明了这个问题。经归纳的现象)再变为抽象层次的基本概念的过程,是人们最不习惯的过程,总不容易摆脱"具象"。之所以不习惯,其原因之一也是因为人们先有了原来理论的抽象及已经习惯了的思维方式,即使有了"具象"也看不到其抽象意义。而由抽象变为"具象"的过程,那可容易多了,但也往往"具象"出来客观世界不存在的东西。从逻辑学角度,基本概念是不能被其它概念来定义的概念,其内涵具有一定的模糊性。ρ空间也是如此,只能用"感觉"到的物体质量部分的压强梯度现象来说明之,但又不是压强梯度本身。"真空"是具象空间,真空里照样存在"重力场"的ρ梯度值的有否,可用具象的压强梯度来检验之。但不能认为真空是ρ均匀空间。ρ空间与压强梯度的关系可类比铁粉末直观表现磁场结构的关系。摆脱不了具象,不能变为一个基本概念,也是爱因斯坦的"一无所有"的空间怎能分出两种空间的困惑原因之一,而用"运动"规定出来的弯曲时空又不能区分出是表述了物体的广义惯性还是表述了场的属性。特别强调的是:物体内部空间只能指物体质量部分所占据的空间,也是爱因斯坦晚年醒悟的"物体具有空间广延性"的涵义;而重力场空间不仅包含质量部分(整体天体)的空间,也包含没有质量部分的空间。这样就避免了变为"一无所有"的无边界的抽象参考系而带来的"相对"不清的问题。总的说来,ρ空间仅在数学形式上是标量场(其梯度为矢量场),但在物理意义上,则包含了表述广义惯性、可变为物体内部空间及重力场的本体性场、势、能、熵与质量部分的压强梯度等涵义。

需要我帮忙吗?

首先来复习一下牛顿第二定律是啥:物体加速度的大小跟作用力成正比,跟物体的质量成反比,且与物体质量的倒数成正比;加速度的方向跟作用力的方向相同。 公式:F=ma 阐释合外力F和加速度a两者之间的关系。在生活中的实际应用:用力推或拉物体,物体瞬间获得加速度,开始运动踢足球时足球受到力后,加速度改变,从而改变运动状态

关于牛顿第一定律的论文题目

要写明:作者、出处(期刊杂志)哪年的第几期页码例如:1.张三.物理教育.中学物理教学参考2008(1-2):19-21.

你学校有统一标准的 如没有 参照下面格式弄个吧 比较通用参考文献的著录应符合国家标准,参考文献的序号左顶格,并用数字加方括号表示,如“[1]”。每一条参考文献著录均以“.”结束。具体各类参考文献的编排格式如下:1、文献是期刊时,书写格式为:[序号] 作者. 文章题目[J]. 期刊名, 出版年份,卷号(期数):起止页码.2、文献是图书时,书写格式为:[序号] 作者. 书名[M]. 版次. 出版地:出版单位,出版年份:起止页码.3、文献是会议论文集时,书写格式为:[序号] 作者. 文章题目[A].主编.论文集名[C], 出版地:出版单位,出版年份:起止页码.4、文献是学位论文时,书写格式为:[序号] 作者. 论文题目[D].保存地:保存单位,年份.5、文献是来自报告时,书写格式为:[序号] 报告者. 报告题目[R].报告地:报告会主办单位,报告年份.6、文献是来自专利时,书写格式为:[序号] 专利所有者. 专利名称:专利国别,专利号[P].发布日期.7、文献是来自国际、国家标准时,书写格式为:[序号] 标准代号. 标准名称[S].出版地:出版单位,出版年份.8、文献来自报纸文章时,书写格式为:[序号] 作者. 文章题目[N].报纸名,出版日期(版次).9、文献来自电子文献时,书写格式为:[序号] 作者.文献题目[电子文献及载体类型标识].电子文献的可获取地址,发表或更新日期/引用日期(可以只选择一项).电子参考文献建议标识:〔DB/OL〕——联机网上数据库(database online)�〔DB/MT〕——磁带数据库(database on magnetic tape)�〔M/CD〕 ——光盘图书(monograph on CD-ROM)�〔CP/DK〕——磁盘软件(computer program on disk)�〔J/OL〕 ——网上期刊(serial online)�〔EB/OL〕——网上电子公告(electronic bulletin board online)

仅供契机参考:原为二立:动与静(匀动需第一推动,而匀静非也)外力之用:破坏原本之态破坏与否,又为对立也。(此乃悟也,不明可询:)

爱因斯坦的相对论证明了牛顿第一定律只适用于低速运动仅供契机参考: 原为二立:动与静(匀动需第一推动,而匀静非也) 外力之用:破坏原本之态 破坏与否,又为对立也。 (此乃悟也,不明可询:)

工程热力学研究论文

这个需要花钱买的,知道就能解决?那么容易?

一班的二班的?

同志你好: 以下是我总结的材料,请核对后使用 祝愿你工作愉快 工程热力学 热力学是研究热现象中,物质系统在平衡时的性质和建立能量的平衡关系,以及状态发生变化时,系统与外界相互作用的学科。 工程热力学是热力学最先发展的一个分支,它主要研究热能与机械能和其他能量之间相互转换的规律及其应用,是机械工程的重要基础学科之一。 工程热力学的基本任务是:通过对热力系统、热力平衡、热力状态、热力过程、热力循环和工质的分析研究,改进和完善热力发动机、制冷机和热泵的工作循环,提高热能利用率和热功转换效率。 为此,必须以热力学基本定律为依据,探讨各种热力过程的特性;研究气体和液体的热物理性质,以及蒸发和凝结等相变规律;研究溶液特性也是分析某些类型制冷机所必需的。现代工程热力学还包括诸如燃烧等化学反应过程,溶解吸收或解吸等物理化学过程,这就又涉及化学热力学方面的基本知识。 工程热力学是关于热现象的宏观理论,研究的方法是宏观的,它以归纳无数事实所得到的热力学第一定律、热力学第二定律和热力学第三定律作为推理的基础,通过物质的压力 、温度、比容等宏观参数和受热、冷却、膨胀、收缩等整体行为,对宏观现象和热力过程进行研究。 这种方法,把与物质内部结构有关的具体性质,当作宏观真实存在的物性数据予以肯定,不需要对物质的微观结构作任何假设,所以分析推理的结果具有高度的可靠性,而且条理清楚。这是它的独特优点。 古代人类早就学会了取火和用火,不过后来才注意探究热、冷现象的实质。但直到17世纪末,人们还不能正确区分温度和热量这两个基本概念的本质。在当时流行的“热质说”统治下,人们误认为物体的温度高是由于储存的“热质”数量多。1709~1714年华氏温标和1742~1745年摄氏温标的建立,才使测温有了公认的标准。随后又发展了量热技术,为科学地观测热现象提供了测试手段,使热学走上了近代实验科学的道路。 1798年,朗福德观察到用钻头钻炮筒时,消耗机械功的结果使钻头和筒身都升温。1799年,英国人戴维用两块冰相互摩擦致使表面融化,这显然无法由“热质说”得到解释。1842年,迈尔提出了能量守恒理论,认定热是能的一种形式,可与机械能互相转化,并且从空气的定压比热容与定容比热容之差计算出热功当量。 英国物理学家焦耳于1840年建立电热当量的概念,1842年以后用不同方式实测了热功当量。1850年,焦耳的实验结果已使科学界彻底抛弃了“热质说”。公认能量守恒、能的形式可以互换的热力学第一定律为客观的自然规律。能量单位焦耳就是以他的名字命名的。 热力学的形成与当时的生产实践迫切要求寻找合理的大型、高效热机有关。1824年,法国人卡诺提出著名的卡诺定理,指明工作在给定温度范围的热机所能达到的效率极限,这实质上已经建立起热力学第二定律。但受“热质说”的影响,他的证明方法还有错误。1848年,英国工程师开尔文根据卡诺定理制定了热力学温标。1850年和1851年,德国的克劳修斯和开尔文先后提出了热力学第二定律,并在此基础上重新证明了卡诺定理。 1850~1854年,克劳修斯根据卡诺定理提出并发展了熵的概念。热力学第一定律和第二定律的确认,对于两类“永动机”的不可能实现作出了科学的最后结论,正式形成了热现象的宏观理论热力学。同时也形成了“工程热力学”这门技术科学,它成为研究热机工作原理的理论基础,使内燃机、汽轮机、燃气轮机和喷气推进机等相继取得迅速进展。 与此同时,在应用热力学理论研究物质性质的过程中,还发展了热力学的数学理论,找到了反映物质各种性质的相应的热力学函数,研究了物质在相变、化学反应和溶液特性方面所遵循的各种规律 。1906年,德国的能斯脱在观察低温现象和化学反应中发现热定理;1912年,这个定理被修改成热力学第三定律的表述形式。 二十世纪初以来,对超高压、超高温水蒸汽等物性,和极低温度的研究不断获得新成果。随着对能源问题的重视,人们对与节能有关的复合循环、新型的复合工质的研究发生了很大兴趣。

我猜他是二班的...因为二班的比较有才

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