永动机不能制造

热力学发展初期,热和机械能的相互转化是人们研究的主题。在工业革命的推动下,工业上和运输上都相当广泛地使用蒸汽机。人们研究怎样消耗最少的燃料而获得尽可能多的机械能。甚至幻想制造一种机器,不需要外界提供能量,却能不断地对外做功,这就是所谓的第一类永动机。为了解决这个问题,促使人们都去研究热和机械能之间的关系问题。迈尔(J.R.Mayer)第一个提出了能量守恒定律,而此定律得到了物理学界的确认,却是在焦耳(J.P.Joule)的实验工作发表以后。

焦耳在1840-1848年间做了大量实验,测定了热与多种能量的相互转化时的严格的数量关系。以往热的单位是cal(卡),功以erg尔格)为单位,焦耳的实验结果为1cal=4.184×107erg,这就是著名的热功当量。此后,更准确地测定为4.184×107erg,即4.184J(焦耳)。焦耳实验表明,自然界的一切物质都具有能量,它可以有多种不同的形式,但通过适当的装置,能从一种形式转化为另一种形式,在相互转化中,能量的总数量不变。能量守恒转换定律的建立,对制造永动机的幻想作了最后的判决,因而热力学第一定律的另一种表述为:“不可能制造出第一类永动机”。由此可见,热力学第一定律就是涉及热现象领域内的能量守恒和转化定律。

热力学第一定律告诉我们:物质运动既不能创造,也不能消灭,而运动形式的相互转化是物质本身具有的属性。恩格斯对能量守恒与转化定律曾经给予很高的评价,将它和细胞学说及进化论相提并论,称它们是揭示自然界辨证发展过程的自然科学的三大发现。

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