能量守恒定律。科学发现的历史和本质

能量守恒定律。科学发现的历史和本质

最重要的科学发现

自然科学最重要的成就是能量守恒定律的建立。该定律的含义远远超出了特定物理定律的范围。该定律不是质量守恒定律，而是科学唯物主义世界观的基石，表达了物质和运动不灭的事实。实际上，这种说法的哲学前提已经存在。他们也属于古代哲学家，尤其是原子论者，笛卡尔，并且在罗蒙诺索夫.

1807年，巴黎科学院院士、法国物理学家、化学家约瑟夫·路易斯·盖-吕萨克（Joseph Louis Gay-Lussac）在研究气体的性质时，进行了一项实验。在此之前，人们已经知道压缩气体会膨胀并冷却。这位科学家认为，这可能是因为气体的热容量取决于其体积。他决定去看看。 Gay-Lussac 使气体从一个容器膨胀到一个空隙中，也就是说，另一个容器之前已经抽空了空气。

令所有观察该实验的科学家感到惊讶的是，温度没有下降，整个气体的温度也没有变化。得到的结果并不能证明科学家的假设是正确的，他也不理解实验的意义。 Gay-Lussac 有了一个重大发现，却没有注意到它。

俄罗斯科学家的研究在自然力可变形学说的发展中发挥了非常重要的作用埃米尔·赫里斯蒂安诺维奇·伦茨, 在这方面与研究相邻法拉第. 他在电力方面的杰出著作具有明确的能源导向，并为加强法律做出了重大贡献。因此，楞次理所当然地占据了银河系中能量守恒定律的创造者和强化者的第一名。

第一个准确制定这一自然科学伟大定律的是德国医生罗伯特·迈耶。

罗伯特·朱利叶斯·迈耶 (Robert Julius Mayer) (1814–1878) 出生于海尔布隆的一个药剂师家庭。高中毕业后，迈耶进入蒂宾根大学医学院。在这里，他没有参加数学和物理课程，但他与 Gmelin 彻底学习了化学。他没能在图宾根完成大学学业。他因参加禁止集会而被捕。在狱中，梅耶绝食，被捕后第六天被软禁释放。从图宾根出发，迈耶前往慕尼黑，然后前往维也纳。最后，在 1838 年 XNUMX 月，他获准返回祖国。在这里，他通过了考试并通过了论文答辩。

梅耶尔很快就决定加入一艘开往印度尼西亚的荷兰船，担任船上的医生。这段旅程在它的发现中发挥了重要作用。在热带地区工作时，他注意到炎热气候居民的静脉血颜色比寒冷欧洲居民血液的深色更明亮和猩红色。梅耶正确地解释了热带居民血液的亮度：由于高温，身体产生的热量更少。毕竟，在炎热的气候中，人们永远不会结冰。因此，在炎热的国家，动脉血的氧化程度较低，并且在进入静脉时几乎保持相同的红色。

Mayer 提出了一个假设：如果身体除了释放热量之外还起作用，那么当同样数量的食物被氧化时，身体释放的热量会发生变化吗？如果热量不变，则可以从相同数量的食物中获得或多或少的热量，因为功可以通过例如摩擦转化为热量。

如果热量发生变化，那么做功和热量的来源相同——食物在体内被氧化。毕竟，功和热是可以相互转化的。这个想法立即使梅耶尔有可能澄清神秘的盖-吕萨克实验。

如果热量和功是相互转化的，那么当气体膨胀成真空时，当它不做功时，由于没有反对其体积增加的压力，气体不应该被冷却。如果当气体膨胀时，它必须在外部压力下做功，那么它的温度应该会降低。但如果热和功可以相互转化，如果这些物理量相似，那么它们之间的关系就出现了问题。

Mayer 试图找出：释放一定量的热量需要多少功，反之亦然？那时，人们知道要在恒定压力下加热气体，当气体膨胀时，比在密闭容器中加热气体需要更多的热量。也就是说，气体在恒定压力下的热容量大于在恒定体积下的热容量。这些数量已经众所周知。但是已经确定它们都取决于气体的性质：对于所有气体，它们之间的差异几乎相同。

梅耶尔意识到，这种热量差异是由于气体膨胀做功所致。一摩尔膨胀气体加热一度所做的功并不难确定。任何低密度气体都可以被认为是理想气体——它的状态方程是已知的。如果将气体加热一度，那么在恒定压力下，其体积会增加一定量。

因此，Mayer 发现，对于任何气体，气体在定压下的热容与气体在定容下的热容之差就是一个称为气体常数的量。这取决于摩尔质量和温度。这个方程式现在以他的名字命名。

与迈耶同时并独立于他，发展了能量守恒定律和转换定律焦耳 и 亥姆霍兹.

亥姆霍兹的机械方法，他本人被迫承认是狭窄的，使得建立“生命力”的绝对测量成为可能，并以动能（“生命力”）或势能的形式考虑所有可能的能量形式（ “张力”）。

运动转换形式的数量可以通过机械功的大小来衡量，例如，在举起负载时，如果整个消失的运动都花在这个举起上，就可以得到。该原理的实验证实首先在于证明这项工作的数量确定性。焦耳的经典实验致力于解决这个问题。

James Prescott Joule (1818-1889) - 曼彻斯特酿酒商 - 始于电磁设备的发明。这些装置和与之相关的现象，已经成为物理力可转化性的具体生动体现。首先，焦耳研究了电流产生热量的规律。由于用电流源进行的实验（1841 年）无法确定导体中电流产生的热量是否只是电池中化学反应的传递热，焦耳决定用感应电流进行实验。

他将一个带铁芯的线圈放在一个装有水的密闭容器中，线圈绕组的末端连接到一个灵敏的电流计。线圈在强电磁铁的两极之间旋转，电池的电流通过电磁铁的绕组。线圈的转数达到每分钟 600 次，而每隔一刻钟，电磁铁的绕组关闭，一刻钟打开。从第一种情况中释放的热量中减去第二种情况下由于摩擦而释放的热量。焦耳发现感应电流产生的热量与电流强度的平方成正比。由于在这种情况下电流是由于机械运动而产生的，焦耳得出结论，可以使用机械力产生热量。

此外，焦耳用下落的重物产生的旋转代替了手的旋转，他确定“能够将 1 磅水加热 1 度的热量是相等的，并且可以转化为机械力，能够将 838 磅的重量提升到 1 英尺的垂直高度”。这些结果由他在 21 年 1843 月 XNUMX 日在英国协会物理和数学部分报告的著作“关于磁电的热效应和热的机械意义”中进行了总结。

最后，在 1847-1850 年的著作中，焦耳发展了他的主要方法，该方法被收录在物理教科书中。它给出了热的机械当量的最完美定义。金属热量计安装在木凳上。一根轴通过热量计内部，携带叶片或机翼。这些机翼位于垂直平面上，彼此成 45 度角（八排）。四排板沿径向安装在侧壁上，它们不会阻止叶片的旋转，但会阻止整个水团的运动。出于隔热目的，金属轴被一个木筒分成两部分。在轴的外端有一个木制圆柱体，两根绳索以相同的方向缠绕在圆柱体的表面上。绳索的末端固定在固定块上，其轴位于轻型轮子上。轴上缠绕着承载负载的绳索。货物下落的高度是用导轨测量的。

接下来，焦耳通过测量铸铁与铸铁的摩擦产生的热量来确定当量。在热量计的轴上旋转的铸铁板。环沿轴线自由滑动，承载框架、管和圆盘，形状安装在铸铁板上。在杆和杠杆的帮助下，您可以施加压力并将唱片压在唱片上。焦耳在 1878 年对机械等效物进行了最后一次测量。

Mayer 的计算和 Joule 的实验完成了关于热性质的两百周年争论。经验证明的热与功等价原理可以表述为：在任何情况下，当功由热产生时，所消耗的热量与所接受的功相等，反之亦然，当做功时，所消耗的热量相等。获得热量。这个结论被称为热力学第一定律。

根据这个定律，功可以转化为热，反之亦然——热转化为功。而且，这两个值是相等的。这个结论对于热力学循环是有效的，在这个循环中系统必须被简化到初始条件。因此，对于任何循环过程，系统所做的功等于系统接收的热量。

热力学第一定律的发现证明了发明永动机的不可能。起初，能量守恒定律被称为“永动机是不可能的”。

作者：萨明 D.K.

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据专家介绍，每个 USB 外设都包含一个芯片——一个接口控制器——可以轻松刷新。没有任何保护措施可以阻止此操作。

刷入 USB 控制器后，攻击者可以例如模拟 USB 键盘，然后代表用户输入命令并安装恶意软件，穿透网卡以更改 DNS，使所有互联网流量都流经黑客的节点，或在 PC 启动期间立即将病毒启动到操作系统中（前提是此时受感染的设备已连接到它）。

“迄今为止，我们没有关于有效防止此类攻击的方法的信息，” - 说 Lel 和 Nol。安装在 PC 上的防病毒软件永远不会知道控制器固件已被更改，因为它根本无法访问该芯片。目前尚不存在可以阻止某一类 USB 设备的防火墙。甚至行为分析技术也不适合这种情况，因为模拟另一个设备只会被用户自己感知为设备更改。

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