產(chǎn)業(yè)革命與現(xiàn)代工業(yè)課件

1產(chǎn)業(yè)革命與現(xiàn)代工業(yè)2§1能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)3

能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)談到能量守恒原理，我們應(yīng)當(dāng)記得萊布尼茲最早提出的活力守恒定律。在萊布尼茲時代，動量守恒、角動量守恒、以及活力守恒定律相繼建立起來了。人們本來可以繼續(xù)發(fā)展已有的結(jié)果得到更為廣泛的守恒定律。但是由于人們對熱的本質(zhì)了解得還不多，而且認(rèn)為熱是一種由“熱素”產(chǎn)生的運(yùn)動。所以在萊布尼茲之后的100年里，在守恒定律的研究方面一直是停止不前的。到了19世紀(jì)中葉，由于人們對熱有了清楚的認(rèn)識，在最一般意義之下的守恒定律才被發(fā)現(xiàn)。即使是這樣，發(fā)現(xiàn)的過程也是很曲折的。4永動機(jī)的研究熱潮永動機(jī)的想法起源于印度，公元1200年前后，這種思想從印度傳到了伊斯蘭教世界，并從這里傳到了西方。1635年，在英國注冊了第一個永動機(jī)的專利，到1903年左右注冊的就有大約600個永動機(jī)的專利。1911年，美國專利局規(guī)定任何永動的機(jī)械專利必須實(shí)際運(yùn)行一年后才能申報。不過之后還是有許多永動機(jī)的專利注冊。5各種不同的永動機(jī)6托馬斯·楊與他的研究托馬斯·楊（ThomasYoung,1773,5,10－1829,5,10）是一位多才多藝的神童，他兩歲就能讀書，四歲可以讀圣經(jīng)。青年時期學(xué)會了十幾門外語，會演奏多種樂器。后來?xiàng)铋_始學(xué)醫(yī)，并且去德國求學(xué)，1796年獲哥廷根大學(xué)的博士學(xué)位，1799年回國在倫敦開業(yè)行醫(yī)，之后在皇家學(xué)院講授自然科學(xué)，并于1802年被任命為皇家學(xué)會的外交秘書。7楊的主要貢獻(xiàn)是在光學(xué)方面，他因?yàn)閷β晫W(xué)研究得到的啟示，認(rèn)為光也應(yīng)當(dāng)存在干涉現(xiàn)象。他是光的波動說在沉寂了近百年后，又重新振興的早期學(xué)者之一。但是由于英國有牛頓的微粒說統(tǒng)治，波動說不是“國貨”，所以在英國沒有多少支持者，倒是反對者不少。法國人夫瑞奈爾（AugustinJeanFresnel,1788－1827）繼承了并且用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了楊的學(xué)說，才使波動說被廣泛承認(rèn)，在后來的100年左右中居于主導(dǎo)地位。8“能量”一詞，最早出現(xiàn)于托馬斯·楊（ThomasYoung,1773,5,10－1829,5,10）在1807年出版的《自然哲學(xué)講義》(ACourseofLectureonNaturalPhilosophyandMechanicalArts)在《碰撞》一講中。他說：“在應(yīng)用力學(xué)碰到的幾乎所有的情況中，對于產(chǎn)生運(yùn)動所必要的功，并不是與力矩成正比，而是與這個功所引起的運(yùn)動的能量成正比?！彼€說：“應(yīng)當(dāng)用能量一詞來表示物體的質(zhì)量或重量與表示速度的數(shù)的平方的積?！彼慕ㄗh一直沒有引起多大的注意，人們還是用“力”的概念去表示能量。9在同一本書中，他定義了“彈性模量”，至今人們還是把彈性模量稱為楊氏模量。他還在揭示表面張力現(xiàn)象方面作出了貢獻(xiàn)。晚年他對埃及古文字產(chǎn)生了興趣，寫了一些很有影響的有關(guān)埃及歷史與古文字的論文。10托馬斯·楊ThomasYoung

1773－182911邁爾在能量守恒方面的工作邁爾（JuliusRobertMayer,1814－1878）是德國的物理學(xué)家。大學(xué)時學(xué)醫(yī)，但他并不喜歡當(dāng)醫(yī)生，他當(dāng)過隨船醫(yī)生，工作比較清閑。大約是在1840年去爪哇的航行中，由于考慮動物體溫問題而對物理學(xué)發(fā)生了興趣。當(dāng)時許多人進(jìn)行永動機(jī)的實(shí)驗(yàn)都以失敗而告終，從童年時期就給他留下了深刻的影響。這些使他猜想“機(jī)械功根本不可能產(chǎn)生于無”。

12

邁爾

JuliusRobertMayer

1814－187813在1841年9月12日他給友人的信中最早提及了熱功當(dāng)量。他說：“對于我的能用數(shù)學(xué)的可靠性來闡述的理論來說，極為重要的仍然是解決以下這個問題：某一重物（例如100磅）必須舉到地面上多高的地方，才能使得與這一高度相應(yīng)的運(yùn)動量和將該重物放下來所獲得的運(yùn)動量正好等于將一磅0℃的冰轉(zhuǎn)化為0℃的水所必要的熱量?！?41842年3月，邁爾寫了一篇短文《關(guān)于無機(jī)界的力的看法》寄給了《藥劑學(xué)和化學(xué)編年史》的主編、德國化學(xué)家李比希（JustusvonLiebig,1803－1873），李比希立即答應(yīng)使用這篇文章。機(jī)械的熱功當(dāng)量在這篇文章中得到第一次說明。文中說：“人們發(fā)現(xiàn)，一重物從大約365米高處下落所做的功，相當(dāng)于把同重量的水從0℃升到1℃所需的熱量。”他的文章發(fā)表于1842年5月。15邁爾是最早進(jìn)行熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)的學(xué)者，在1842年，他用一匹馬拉機(jī)械裝置去攪拌鍋中的紙漿，比較了馬所做的功與紙漿的溫升，給出了熱功當(dāng)量的數(shù)值。他的實(shí)驗(yàn)比起后來焦耳的實(shí)驗(yàn)來，顯得粗糙，但是他深深認(rèn)識到這個問題的重大意義。他在1842年底給友人的信中說：“我主觀認(rèn)為，表明我的定律的絕對真理性的是這種相反的證明：即一個在科學(xué)上得到普遍公認(rèn)的定理：永動機(jī)的設(shè)計(jì)在理論上是絕對不可能的（這就是說，即使人們不考慮力學(xué)上的困難，比方說摩擦等等，人們也不可能成功地由思想上設(shè)計(jì)出來）。而我的斷言可以全部被視為從這種不能原則中得出的純結(jié)論。要是有人否認(rèn)我的這個定理，那么我就能立即建造一部永動機(jī)?！?6邁爾的論文沒有引起社會重視，為了補(bǔ)足第一篇論文沒有計(jì)算、過于簡要的缺點(diǎn)，他寫了第二篇論文，結(jié)果如石沉大海，沒有被采用。他論證了太陽是地球上所有有生命能與非生命能的最終源泉。后來亥姆霍茲與焦耳的論文相繼發(fā)表，人們將能量守恒定理的發(fā)明人歸于亥姆霍茲與焦耳。而他的論文既早又系統(tǒng)，卻不僅得不到承認(rèn)，而且還招來了一些攻擊文章。再加1848年，他禍不單行，兩個孩子夭折、弟弟又因參加革命活動受牽連。1849年，邁爾從三樓跳下，從此成為重殘，而后又被診斷為精神分裂，送入精神病院，醫(yī)生們認(rèn)為他經(jīng)常談?wù)摰哪欠N新發(fā)現(xiàn)，是一種自大狂的精神病癥狀。邁爾的首先發(fā)現(xiàn)能量守恒定理，一直到1862年才得到社會公認(rèn)。17亥姆霍茲與他的《論力的守恒》亥姆霍茲（HermannvonHelmholtz,1821－1894）出生在一個德國的窮教員家里，1838年，17歲的亥姆霍茲盡管在中學(xué)入學(xué)考試中獲得十分優(yōu)異的成績，可是因?yàn)榻徊黄饘W(xué)費(fèi)而只好去作軍醫(yī)達(dá)8年之久。1842年亥姆霍茲獲得了博士學(xué)位。1845年他參加了由年輕的學(xué)者組織的柏林物理學(xué)協(xié)會，之后他經(jīng)常參加協(xié)會活動，除作軍醫(yī)之外他還研究一切他感興趣的問題。181847年7月23日他向物理學(xué)協(xié)會作了題為《論力的守恒》的著名報告。報告后，他將文章交給《物理學(xué)編年史》的編輯，不料又和6年前邁爾的稿件一樣的命運(yùn)，編輯以沒有實(shí)驗(yàn)事實(shí)而拒絕刊登。后來他將這篇論文作為小冊子在另一家有名的出版社出版了。文章的結(jié)論與1843年焦耳的實(shí)驗(yàn)完全一致，很快就被人們稱為“自然界最高又最重要的原理”。時間僅差數(shù)年，又由于有有名的出版社出版，他與邁爾的命運(yùn)完全不同。后來英國學(xué)者開爾文采用了楊所提出的能量的概念，采用“勢能”代替“彈力”，以“動能”代替“活力”，使在力學(xué)中延續(xù)了近200年的概念上含混不清的情況得到改變。19亥姆霍茲在德國科學(xué)家發(fā)展中所起的組織作用。1870年，他的老師馬格努斯（HeinrichGustavMagnus,1802－1870），德國最早的物理研究所所長，逝世了。當(dāng)時還是副教授的亥姆霍茲繼任為所長。那時，德國的科學(xué)研究水平，比起英國與法國要落后得多。不久普法戰(zhàn)爭結(jié)束，德國從法國得到一大筆賠款，德國的經(jīng)濟(jì)狀況有所改善，亥姆霍茲得到了300萬馬克的經(jīng)費(fèi)去籌建新的研究所，經(jīng)過5年的努力新研究所建成。這個研究所后來吸引了大批優(yōu)秀的年輕學(xué)者，而且它的研究課題同工業(yè)的發(fā)展緊密聯(lián)系，后來形成德國科學(xué)研究的一個十分好的傳統(tǒng)。

20亥姆霍茲HermannvonHelmholtz

1821－189421

焦耳的熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)

焦耳（JamesPrescottJoule,1818－1889）是一位英國富有的釀造商之子，他的經(jīng)濟(jì)條件可以提供他終生做研究工作。焦耳自幼身體虛弱，脊柱曾受過傷，因此他一心讀書研究，他父親為他提供了一個家庭實(shí)驗(yàn)室。1835年他認(rèn)識了曼徹斯特大學(xué)的教授道爾頓，受到過后者的指導(dǎo)，焦耳的成功主要是靠自學(xué)的。焦耳對數(shù)學(xué)的知識很少，他的研究主要是靠測量。1840年他經(jīng)過多次測量通電的導(dǎo)體，發(fā)現(xiàn)電能可以轉(zhuǎn)化為熱能，并且得出一條定律：電導(dǎo)體所產(chǎn)生的熱量與電流強(qiáng)度的平方、導(dǎo)體的電阻和通過的時間成正比。他將這一定律寫成一篇論文《論伏打電生熱》。22后來焦耳繼續(xù)探討各種運(yùn)動形式之間的能量守恒與轉(zhuǎn)化關(guān)系，1843年他發(fā)表了論文《論水電解時產(chǎn)生的熱》與《論電磁的熱效應(yīng)和熱的機(jī)械值》。特別在后一篇論文中，焦耳在英國學(xué)術(shù)會議上宣稱：“自然界的能是不能毀滅的，那里消耗了機(jī)械能，總能得到相當(dāng)?shù)臒?，熱只是能的一種形式?！贝撕蠼苟粩喔倪M(jìn)測量方法，提高測量精度，最后得到了一個被稱為“熱功當(dāng)量”的物理常數(shù)，焦耳當(dāng)時測得的值是423.9千克米/千卡?，F(xiàn)在這個常數(shù)的值是418.4。后人為紀(jì)念他，在國際單位制中采用焦耳為熱量的單位，取1卡＝4.184焦耳。23焦耳

JamesPrescottJoule

1818－188924焦耳的熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)示意圖

25§2蒸汽機(jī)的發(fā)明與應(yīng)用26隨著機(jī)器的廣泛采用，金屬的需要大量增加。而冶煉金屬不僅要開挖金屬礦，還需要大量煤。1533年英國煤產(chǎn)量為20萬噸，到1640年激增到150萬噸。英國的生鐵冶煉也隨著大量增加，1780年為10萬噸，1800年為25萬噸，到1820年增加到43萬噸。27采礦工業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生了礦井排水問題。1698年英國人托馬斯·塞維利（ThomasSavery,1650－1715）發(fā)明了利用蒸汽壓力的抽水泵――“礦山之友”，并且報了專利。它的工作過程是：在容器中通入蒸汽，使蒸汽在容器中凝結(jié)，利用蒸汽凝結(jié)后所形成的真空把礦井中的水抽上來。這種泵有兩大缺點(diǎn)，一方面是對地下水位較低（低于水泵10m）時就抽不上水，另一方面是由于突然進(jìn)入容器的蒸汽壓力過高而易于爆炸。因此很少被采用。281712年，英國人托馬斯·紐可曼（ThomasNewcomen,1663－1729）發(fā)明了大氣壓蒸汽機(jī)。這種機(jī)器具有汽缸與活塞,在工作時,先把蒸汽導(dǎo)入汽缸,這時汽缸停止供汽而汽缸內(nèi)進(jìn)水,蒸汽便遇冷凝結(jié)為水使汽缸內(nèi)氣壓迅速降低，就可以使水吸上來。之后再把蒸汽導(dǎo)入汽缸，進(jìn)行下一個循環(huán)。最初的這種蒸汽機(jī)大約每分鐘往返十次，而且可以自動工作，使礦井的抽水工作大為便利，所以不僅英國人使用，在德國與法國也在使用。

早期的蒸汽機(jī)29鈕可曼

的

蒸汽機(jī)30用于

礦山

抽水

的

蒸汽機(jī)31瓦特對蒸汽機(jī)的改進(jìn)蒸汽機(jī)不是瓦特的發(fā)明，瓦特的貢獻(xiàn)是對蒸汽機(jī)進(jìn)行了一系列改進(jìn)。

其中最重要的改進(jìn)有兩項(xiàng)，一項(xiàng)是發(fā)明了冷凝器大大提高了蒸汽機(jī)的效率，另一項(xiàng)是發(fā)明了離心調(diào)速器使蒸汽機(jī)速度可自由控制。在瓦特的改進(jìn)之后蒸汽機(jī)才真正在工業(yè)上被普遍使用。32英國人瓦特（JamesWatt,1736－1819）的父親作過木匠，由于父親的影響，他從小熟悉一些機(jī)械知識與工具的使用。瓦特幼年時體弱多病，不能上學(xué)，由他母親教他讀書寫字。18歲后他到倫敦一家鐘表店當(dāng)學(xué)徒，在業(yè)余時間還努力學(xué)習(xí)。1756年瓦特返回家鄉(xiāng)蘇格蘭,打算自己開業(yè)制造機(jī)器。但是由于他當(dāng)學(xué)徒的年限不夠，按照當(dāng)?shù)卣囊?guī)定，不能獨(dú)立開業(yè)。于是他只好在格拉斯哥大學(xué)謀得一個修理與制做教學(xué)儀器的工作。33瓦特JamesWatt

1736－1819

341763年，格拉斯哥大學(xué)的一位教授委托瓦特修理紐可曼蒸汽機(jī)的模型，瓦特當(dāng)時對蒸汽機(jī)所知不多，他便邊學(xué)邊修，并且對蒸汽機(jī)產(chǎn)生了濃厚的興趣。蒸汽機(jī)的模型很快就修好了，他從此與蒸汽機(jī)結(jié)下了不解之緣。他進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，紐可曼的蒸汽機(jī)效率很低，耗費(fèi)蒸汽太多。為了解決這個問題，瓦特對不同氣壓之下的水的沸騰現(xiàn)象進(jìn)行了大量研究。他發(fā)現(xiàn)水在大氣壓之下變?yōu)檎羝麜r，體積擴(kuò)大了1800倍。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，紐可曼的蒸汽機(jī)效率之所以低是由于在用水去冷卻汽缸時，汽缸的溫度變冷了，這樣汽缸又要消耗過多的蒸汽去再加熱。351765年5月瓦特提出了使蒸汽從汽缸排入另一容器的想法，這個容器后來被稱為冷凝器。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)與改進(jìn)，他的裝有冷凝器的蒸汽機(jī)在1769年制成了，并在同年的4月25日提出了專利。新的蒸汽機(jī)效率提高了很多。36瓦特的另一項(xiàng)重要發(fā)明是在蒸汽機(jī)上安裝了離心調(diào)速器，這大約是1782年前后的事情。這種調(diào)速器的構(gòu)造是利用蒸汽機(jī)帶動一根豎直的軸轉(zhuǎn)動，這根軸的頂端有兩根鉸接的等長細(xì)桿，細(xì)桿另一端各有一個金屬球。當(dāng)蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)動過快時，豎軸也轉(zhuǎn)動加快，兩個金屬小球在離心力作用下，由于轉(zhuǎn)動快而升高，這時通過與小球連接的連桿便將蒸汽閥門關(guān)小，從而蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速也便可以降低。反之，若蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速過慢，則豎軸轉(zhuǎn)動慢了，小球的位置也便下降，這時連桿便將閥門開大，從而使蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速加快。離心調(diào)速器是一個基于力學(xué)原理的發(fā)明，他是蒸汽機(jī)所以能普及應(yīng)用的關(guān)鍵,也是人類自動調(diào)節(jié)與自動控制的開始。由于人們能夠自由地控制蒸汽機(jī)的速度，才使蒸汽機(jī)應(yīng)用于紡織、火車、輪船、機(jī)械加工等行業(yè)，才使人類大量使用自然原動力成為可能，這才有產(chǎn)業(yè)革命的第二階段。37瓦特的調(diào)速器38瓦特的蒸汽機(jī)39瓦特因?yàn)楦倪M(jìn)與提高蒸汽機(jī)效率的需要，研究了功率的單位。1783年，他對一匹健壯的馬進(jìn)行了實(shí)測，確定它在一秒鐘內(nèi)能將150磅的重物提高約不到4英尺。因此他把一馬力規(guī)定為550英尺磅。他是最早引進(jìn)功率概念的人，后人為了紀(jì)念他，將公制的功率單位稱為瓦特（每秒鐘一焦耳）。40應(yīng)當(dāng)說，瓦特改進(jìn)蒸汽機(jī)的成功，除了他自己的勤奮之外，他幸運(yùn)地遇到了熱情贊助者也是重要條件。在格拉斯哥大學(xué)時，他結(jié)識了當(dāng)時在大學(xué)當(dāng)教授的布拉克（JosephBlack,1728－1799）。布拉克是一位很有名的化學(xué)家與物理學(xué)家，在物理學(xué)上，他從1764年開始對熱現(xiàn)象進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。他最早發(fā)現(xiàn)了水在相變時，即當(dāng)由冰化為水或由水化為汽時，要吸收大量的潛熱，從而分清了溫度與熱量是兩個不同的概念。瓦特從他那里不僅得到了學(xué)識上的幫助，他的熱力學(xué)知識與力學(xué)知識為瓦特改進(jìn)蒸汽機(jī)提供了理論基礎(chǔ)，而且他借給瓦特一大筆錢，為瓦特的研究提供了經(jīng)濟(jì)支持。在瓦特的研究初具眉目時，瓦特又遇到了一位獨(dú)具慧眼的商人波爾頓（MatthewBoulton,1789－1864）投資，1775年成立了波爾頓－瓦特公司專門生產(chǎn)蒸汽機(jī)。41布拉克JosephBlack

1728－1799

42波爾頓MatthewBoulton

1789－186443瓦特的改進(jìn)蒸汽機(jī)的普及速度是很快的，到1790年老式的紐可曼蒸汽機(jī)已經(jīng)看不見了，到1790年大約有500臺蒸汽機(jī)在英國工作。經(jīng)過了大約不到100年，到了1868年，僅僅在英國就有75,000臺蒸汽機(jī)之多。1805年，在美國蒸汽機(jī)被裝上了汽車作為動力。1807年，美國的富爾頓（RobertFulton,1765－1815）發(fā)明以蒸汽機(jī)為動力的輪船。44富爾頓RobertFulton

1765－1815

45461825年斯梯文森（GeorgeStephenson,1781－1848）造成了可以在軌道上行駛的蒸汽機(jī)車。1800年英國的特里維?？耍≧ichardTrevithik,1771－1833）發(fā)明了高壓蒸汽機(jī)。1801年美國人埃文思（OliverEvens,1755?－1819）造出了真正合用的高壓蒸汽機(jī)。（合10個大氣壓）47斯梯文森

GeorgeStephenson

1781－18484849特里維?？薘ichardTrevithik

1771－1833502001年4月28日紀(jì)念特里維希克51狄塞爾的內(nèi)燃機(jī)德國人狄塞爾(RudolfDiesel,1858-1913)曾花費(fèi)10年多研究活塞式內(nèi)燃機(jī)，寫了一本小冊子，并且獲得了專利。1893年狄塞爾造出了第一臺樣機(jī)。這種內(nèi)燃機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：可以燒便宜的重油；不需要點(diǎn)火系統(tǒng)。缺點(diǎn)是噪音大。52狄塞爾

Rudolf

Diesel

1858-191353狄塞爾

的內(nèi)燃機(jī)54內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)動過程5556§3熱力學(xué)第二定律57熱力學(xué)第二定律在熱力學(xué)中，熱力學(xué)第一定律，即前面所說的能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)是與關(guān)于永動機(jī)的研究緊緊相聯(lián)系著的。而熱力學(xué)第二定律的發(fā)現(xiàn)則是和改進(jìn)與提高蒸汽機(jī)的效率緊緊聯(lián)系著的。最早從理論上討論蒸汽機(jī)的熱效率的是法國人卡諾（NicolasLéonardSadiCarnot,1796－1832）。卡諾出身于法國的望族，他的父親是法蘭西第一共和國拿破倫一世政府的重要官員，他的侄兒后來在法國第三共和國中擔(dān)任了總統(tǒng)，而他卻沒有從政，成為一名科學(xué)家。不幸的是他在36歲時便死于流行霍亂。58卡諾NicolasLéonardSadiCarnot

1796－183259瓦特改進(jìn)了蒸汽機(jī)后，盡管效率有很大提高，但是仍然很低。，在卡諾的時代，只有4－5％?？ㄖZ為熱機(jī)產(chǎn)生的功率問題所吸引，他從一般的觀點(diǎn)提出問題：一架熱機(jī)的效率最大能達(dá)到多大？在1824年出版了他的研究結(jié)果，題為《論火的動力》小冊子。這也是他一生中唯一的科學(xué)著作。60卡諾的結(jié)論是，熱機(jī)的最高效率取決于熱機(jī)內(nèi)的溫度差。對于一般的蒸汽機(jī)來說，令是蒸汽的絕對溫度，是冷凝器的絕對溫度，則熱機(jī)所能達(dá)到的最大效率為。這個式子說明，熱機(jī)的效率只取決于這里的兩個溫度，而與熱機(jī)使用的是什么介質(zhì)，是水、是空氣無關(guān)，也與在熱機(jī)中的溫度是怎樣變化的，是快、是慢，是均勻、是不均勻無關(guān)?？ㄖZ的研究結(jié)果表明，熱量從高溫物體向低溫物體的趨勢使我們不可能從給定的熱量獲取最大的機(jī)械功。這便是后來稱為熱力學(xué)第二定律的內(nèi)容。61在卡諾的結(jié)論提出后的20年，德國的物理學(xué)家克勞修斯（RudolfJuliusEmmanuelClausius,1822－1888）于1865年提出了“熵”的概念。他把熵的改變定義為與從溫度為的物體傳出的熱量之間有關(guān)系。當(dāng)同樣多的熱量由另一溫度為的物體所吸收時，該物體的熵改變。這樣，如果低于，則兩個物體的熵改變將是正的。僅當(dāng)兩個物體的溫度相同時熵改變才為零。也就是說，溫度總是從高到低傳播，和在變化過程中熵總是增加是等價的。這就是熱力學(xué)第二定律的一般表述。換句話說，在任何變化中，孤立系統(tǒng)中的熵總是趨于增加的。62克勞修斯RudolfJuliusEmmanuelClausius1822－188863熵增加的觀點(diǎn)，說明宇宙之間的物理變化是有方向的，它不像經(jīng)典力學(xué)中的運(yùn)動方程中將時間改變符號同樣可以求解。關(guān)于宇宙間的過程是不可逆的這一點(diǎn)，1874年英國物理學(xué)家W.湯姆遜有一段話說得好：“假如宇宙中每一個粒子的運(yùn)動在某個任意的時刻都正好逆轉(zhuǎn)過來，那么從此之后自然界的過程將永遠(yuǎn)沿著完全相反的方向進(jìn)行。瀑布在其底端濺起的泡沫將會重新聚集并落入水中；熱運(yùn)動將會重新聚集它們的能量，使落下的水滴重新組成一股上升的水流。由固體互相摩擦而產(chǎn)生、因傳導(dǎo)、輻射及吸收而消耗的熱，將會復(fù)返固體相接觸的地方，并使運(yùn)動物體抵抗它先前受到的力作反向運(yùn)動。泥土將會變成礫石，礫石將會恢復(fù)它們原來參差不齊的形狀，最后重新將會成原先它們由之而碎裂的山峰。而且，如果關(guān)于生命的唯物主義假說是正確的，那么生命將返老還童，它們所記憶的是將來而不是過去，最后變成未出生時的狀態(tài)。但是，真實(shí)的生命現(xiàn)象無限地超出人類科學(xué)的能力；關(guān)于它們的逆轉(zhuǎn)過程的后果假想的推測是完全無益的。”[1]

[1]

(美)G.Holton著，張大衛(wèi)等譯，《物理科學(xué)的概念和理論導(dǎo)論》，上冊，人民教育出版社，1983，第425－426頁64蒸汽渦輪機(jī)的發(fā)明帕森斯（C.A.Parsons1854-1931

）早年曾在杜柏林大學(xué)和劍橋大學(xué)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)。他的數(shù)學(xué)才能幫助他處理汽輪機(jī)有關(guān)的力學(xué)問題。帕森斯1884年制成功率為7.5千瓦轉(zhuǎn)速為18000轉(zhuǎn)/分的汽輪機(jī)。1897年，他又用自己制成的汽輪機(jī)驅(qū)動輪船，時速達(dá)到每小時64公里。1889年成立帕森斯公司專門制造汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組。到1926年帕森斯公司制成多極雙排氣裝置的汽輪機(jī)功率達(dá)3萬千瓦。到20世紀(jì)50年代可以達(dá)到入口汽溫達(dá)到560°C。到20世紀(jì)70年代已經(jīng)可以生產(chǎn)70萬千瓦的汽輪機(jī)發(fā)動機(jī)。65帕森斯

Sir

C.A.Parsons

1854-193166現(xiàn)代的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子6768水輪機(jī)69燃?xì)廨啓C(jī)流動示意圖70§4

電和電機(jī)71電和發(fā)電機(jī)法拉第(MichaelFarady,1791-1867)是倫敦鐵匠的兒子。13歲在倫敦的一家公司當(dāng)差.后在一家裝訂廠當(dāng)學(xué)徒到21歲時作為戴維(HumphryDavy,1778-1829)的實(shí)驗(yàn)室的助手。1831年10月17日，法拉第發(fā)現(xiàn)當(dāng)磁棒從線圈內(nèi)抽出或插入時，線圈的導(dǎo)線上會有電流通過。72法拉第MichaelFarady

1791-186773發(fā)電機(jī)的發(fā)明后來法拉第繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以達(dá)到能夠作出實(shí)際可供應(yīng)用的發(fā)電機(jī)。真正可供應(yīng)用的發(fā)電機(jī)是德國物理學(xué)家雅可比(MoritzHermannvonJacobi,1801-1872)于1838年制成的。1847年雅可比成為彼得堡院士，這使他有條件更好、更復(fù)雜的電機(jī)。德國西門子（WernervonSiemens,1826-1901）研究出自激發(fā)電機(jī)原理，并于1867年寫出了論文。74西門子WernervonSiemens1826-190175愛迪生

Thomas

Edison

1847-193176愛迪生77交流電機(jī)1882年法國化學(xué)家、物理學(xué)家呂西安?戈拉德（LudienCaulard,1850-1888）申報了交流“電流二次發(fā)生器”的專利。1882年特斯拉（NikolaTesla,1856-1943）發(fā)明了交流多相異步電機(jī)。19世紀(jì)末，他又發(fā)明了交流變壓器，解決了遠(yuǎn)途輸電的問題。終于以交流電打垮了愛迪生對直流電的壟斷。78特斯拉NikolaTesla

1856-1943

79馬克斯威爾的工作馬克斯威爾（JamesMaxwell,1831-1879）出身于蘇格蘭的望族。從小顯示了數(shù)學(xué)才能。1850年入劍橋大學(xué)。畢業(yè)時為全班數(shù)學(xué)第二