能量守恒原理

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能量守恒原理

能量守恒这一宇宙普遍规律是在不同的国家由不同科学的科学家经过长期的共同努力和不懈的观察，实验与探索后才逐渐发现和完善的。它的起源是在力学。约在公元一世纪，希腊科学家希罗（亚历山大）首先明显的应用徐公（即势能守恒）原理来解释与讨论单个或多个滑轮提升重物的问题。约 13 世纪中叶，法国数学家 N. 乔丹纳斯第一个明确地利用直臂与曲臂杠杆和斜面来阐述与证明虚功原理 。 16 世纪意大利力学家 G . 伽利略 （ 1564-1642 ）分别将虚功原理应用于杠杆，滑轮和斜面上一物体与通过滑轮相连的另一悬挂物体之间的平衡问题。

1638 年当伽利略研究自由落体，单摆和物体沿斜面运动时发现物体的速度只能通过高度变化得到。而且物体下降所获得的速度正好能使它返回自原来的高度。 1673 年荷兰数学与物理学家 C. 惠更斯（ 1629-1695 ）将伽利略的单摆情况推广到复摆情况，结果发现在重力作用下，复摆重心的上升高度不能高于其下降的高度。 1686 年度过数学家 G.W.F. 莱布尼兹（ 1646-1716 ）在进行落体实验后，提出用运动能 m v 2 来度量物体的运动。这样，伽利略与惠更斯的实验结果意味着运动能量守恒。 1690 年惠更斯进行二相同弹性体的碰撞试验。结果发现碰撞前后的运动能 m v 2 不变，他还指出这一原理可适用于其他许多情况包括液体的运动。 1738 年瑞士物力与数学家 D. 波努力（ 1700-1782 ）将此原理应用于容器出流获得了著名的波努力定理。

当莱布尼兹研究自由落体时，曾试图比较与探索动能与势能之间的关系，结果发现它们的量纲是相同的。 1735 年 D. 波努力的父亲 J . 波努力（ 1667-1748 ）表示支持运动能量守恒的观点，同时，进一步指出如果运动能有变化，可能是转化为其它形式的能。可见莱布尼兹与波努力等人的研究均促使他们考虑动能与势能之间的互换性。到 1750 年前后，一个理想与孤立的机械系统在重力作用下，它的机械能（即动能与势能之和）守恒原理已牢固确立。

在非弹性碰撞中显然运动能是不守恒的。但对失去的运动能走向何方却又不同的解释，有人认为失去的运动能不会消失，可能是被各种阻碍或制约所吸收，也有人认为转化为弹性势能等。但却没有人将这一现象与热效应联系起来。

1798 年美国物力学家 B.C.R. 汤姆森（ 1752-1814 ）在德国监制大炮时发现所用钻头越钝，所钻下的金属屑越少，而炮膛所产生的热量却越多。他还把炮筒放在水槽里，让几匹马推动一支钝钻头钻孔，钻了两个多小时，槽内的水甚至沸腾起来，这表明热的来源只能是钻头的运动。 1799 年英国化学家 S.H. 戴维（ 1778-1829 ）在真空中用一钟表机械使两个冰块相互摩擦，并使整个一起保持在 0 ℃ 。几分钟后，冰吸热融化成水，这些实验均说明机械运动可以产生热能。 1800 年英国科学家 W. 尼柯尔森（ 1753-1815 ）和医生卡莱尔通过电解水试验证明电可以引起化学反应，即电能可以转化化学能。 1820 年丹麦物理学家 J.C. 奥斯特通过实验证明电能可以转化为磁能。 1821 年德国物理学家


T.J. 西贝克学家（ 1770-183 ？）制成温差电偶，证明热能可用转化化为电能。 1831 年英国物理与化学家 M. 法拉第（ 1791-1867 ）用实验证明磁能可以转化为电能。这些实验均充分表明：自然界的各种运动形式以及他们所表征的能量形式都是可以相互转换的。

1840 年德国内科医生 J.R. 迈克（ 1814-1878 ）随船从荷兰至东印度，在热带区发现患病海员的静脉血液较在欧洲时更红，在法国化学家 A.L. 拉瓦锡（ 1743-1797 ）的呼吸燃烧理论的启示下，他认为这是由于血液中含氧较多的缘故。因为维持人的体力与热的来源是食物，而食物的消化过程犹如无机物的燃烧一样，早热带维持体热所需的能量较少，静脉血液中所余留的氧气较多，故更红。这样，他就发现生物体内的能量输入与输出式平衡的，同时和机械能一样，化学能也能转化成热能他的这一论文是在 1842 年发表的，但未能引起注意， 20 年后才受到英国物理学家 J. 廷德尔（ 1820 — 1893 ）给与充分肯定后才引起轰动。

从 1840 年英国物理学家 J.P. 焦耳（ 1820 — 1889 ）长期坚持不懈地用各种方法进行电能与热能和机械能与热能之间的转换实验，并比较精确地测量值。 1847 年他的实验结果公布后未受到重视，二月后，英国物理与数学家 W. 汤姆森（ 1824 — 1907 ）独立地发表后才赢棋轰动。

同在 1847 年，德国物理与生理学家 H. 赫姆霍兹 1821 — 1894 ）独立地发表了与焦耳的形式之间的邓加关系，并用数学的形式表达出一般的能僚属很原理，而热力学第一定律仅为能量守恒原理，而热力学第一定律仅为能量守恒原理在热力学中的具体体现。经过二百多年的实践和大约 60 多位科学家的共同努力，一般的能量守恒与转换原理终于确立。

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