能量平衡建立的历史

能量守恒定律的发现是19世纪物理学发展中极其重要的科学发现。这个定律是由五个国家超过10名不同专业的科学家独立发现的。其中，迈耶、焦耳和亥姆霍兹对能量守恒定律的发现做出了重大贡献。迈耶的工作德国医生迈耶首先从对人体新陈代谢的研究中得出了这一重要发现。1840年，年仅26岁的迈耶在一艘驶往爪哇的船上担任船上医生。他给生病的船员抽血时，发现病人的静脉血比欧洲的更红，引起了他的深思。他认为热带地区人的静脉血是红色的，是因为含氧量高，多余的氧气是食物在体内燃烧过程减弱的结果。这让他想到了食物中化学能和热能的等效性，并推测如果人体内能量的输入和支出是平衡的，那么所有这些形式的能量都必须在量上守恒。1842年，迈耶发表了题为《论无机边界中的力》的论文，进一步表达了物理化学过程中能量守恒的思想，提出了不同力之间建立数值等效关系的必要性。焦耳的工作英国物理学家焦耳尽力通过实验证明能量的不灭性。1840-1841年，他经过多次给导体通电产生热量的实验，发现电能可以转化为热能。1843年，他研究并测量了热能与机械功的等效关系，做了一系列实验，宣布自然界中的能量是不能消灭的，机械能消耗的地方，总能获得相当大的热量，热量只是能量的一种形式。1847年，他做了最好的实验来确定热的机械当量。此后实验方法不断改进，直到1878，此时热的机械当量平均值为423.9 kg/kcal。这一数值比公认的427千克/千卡的数值小约0.7%。如此精确的实验结果，为能量守恒定律的建立提供了不容置疑的实验证据。亥姆霍兹的工作德国物理学家和生理学家亥姆霍兹从生理问题开始研究能量守恒原理。在此基础上，1847出版了《力的守恒》一书。在这本短小的书中，亥姆霍兹确认了“力”的守恒定律在自然界中的作用，给出了不同性质的“力”的定量表达式，即给出了不同形式能量的数学表达式，并研究了它们之间的相互转化，从而这本书成为对能量守恒定律的论证产生重大影响的历史文献。能量守恒定律发现的意义能量守恒定律的发现是物理学史上一个很有教育意义的例子。因为在这一定律的发现过程中，除了上述三位物理学家做出的重大贡献外，还有法国的卡诺1824、德国的莫尔1837、法国铁路工程师塞根1839、旅居俄罗斯的瑞士化学家赫斯1840、德国物理学家霍尔兹曼65438。英国律师出身的电化学家格罗夫在1846年、丹麦工程师科尔·丁于在1847年、法国物理学家埃隆在1854年独立发表了关于能量守恒的论文，为能量守恒定律的发现做出了贡献。这生动地告诉我们，物理学的历史性突破，个人的努力和天赋固然是重要因素，但客观的历史条件(包括社会、生产和科学条件)更是根本。一旦条件成熟，一个重大课题被几个人甚至十几个人同时突破也就不足为奇了，这也体现了历史的必然性。能量守恒定律的发现是物理学史上非常重要的一件事:①该定律表达了运动量不可创造、不可消灭的普遍规律；这个定律概括了所有的物理现象:力、热、电、磁、光的现象，使得从同一角度研究所有这些现象成为可能，把它们看作是可以相互转化的不同运动形式，揭示了这些运动形式之间的统一性，从而成就了第二种综合物理科学；(2)这一规律的发现也促进了对自然现象的辩证观点的发展。自然辩证法认为，自然界的一切现象都应该是相互联系的。