北大科学通史课件11古典科学与培根科学的统一

第11讲古典科学与培根科学的统一上讲回顾科学家社会角色的确立科学研究事业的组织化科学强国的兴衰本讲目录培根科学与古典科学的统一天体力学的历史遗留问题电磁感应现象的发现到电磁理论的建立电磁波的实验发现光的波动说的复兴光学与电磁学的统一热之唯动说的建立能量守恒定律与能量耗散定律的建立培根科学与古典科学的统一培根科学的数学化库仑定律（电静力学）安培定律（电动力学）傅里叶定律（热学）欧姆定律（电学）焦耳定律（电学与热学）麦克斯韦方程经典科学与培根科学向着力学世界观统一场－以太振动模型基础之上的电磁学、光学、力学的统一能量概念之上的力、热、光、电、磁的统一恒星周年视差的发现英国天文学家布拉德雷于1725年发现光行差，相当于从10公里外看一根米尺1834年，德裔俄国天文学家斯特鲁维观测到织女星（天琴座阿尔法星）有0.25角秒的周年视差（相当于在20公里外看一枚硬币）德国天文学家白塞尔发现，天鹅座61号星有0.35角秒英国的亨德森发现，半人马座阿尔法星有0.91角秒，人称比邻星宇宙有多大设日地距离为1米太阳则为直径1厘米的小玻璃球几大行星就成肉眼看不见的微粒冥王星在40米远处比邻星在270公里远处海王星的发现天王星的误差白塞尔主张另一个行星的摄动英国亚当斯（1819－1892）1845年计算出一个新行星的轨道，伦敦皇家天文学家艾里拒绝接受法国的勒维烈（1811－1877）与巴黎天文台台长阿拉哥。1846年，勒维烈算出了对天王星形成摄动的新行星的轨道。柏林天文台对此进行了验证。电流的磁效应18世纪结束时，库仑定律，电学的最高成就1820年，丹麦物理学家奥斯特（1777－1851）发现电流的磁效应。德国自然哲学的影响。同年，法国物理学家安培（1775－1836）提出安培定律（载流导线之间的相互作用力定律），奠定了电动力学的基础。电流的方向欧姆（1789－1854），1826年发表欧姆定律（电流与电势差成正比与电阻成反比），匠人出身，1849年任慕尼黑大学教授。磁的电效应？法拉第、亨利法拉第（1）英国物理学家麦克·法拉第（1791－1867），贫苦出身，幼年失学，在印刷厂当童工时学习零星的科学知识1812年，聆听戴维的讲演，得到戴维的赏识，到了实验室当一名刷瓶子工人。次年成为戴维的助手。游历欧洲。在电化学方面显示出卓越的实验才能，1824年选为皇家学会会员。遭到戴维的妒忌，但法拉第一直心存感激。法拉第（2）：电磁感应电流有磁效应，磁有没有电流效应呢？1831年，法拉第发现运动的磁铁会导致电流，而静止的磁铁却没有电流效应。这个电流称为感生电流。模型发电机与电动机。数学能力的欠缺被天才的物理洞察力所弥补建立“场”的概念（用来传递电磁作用的连续介质）、“力线”概念（场的直观图象）。破除了牛顿的超距作用概念。建立电磁感应定律：只要导线垂直地切割磁力线，导线中就有电流产生，电流的大小与所切割的磁力线数成正比。法拉第（3）：电磁波1832年的一封信中实际上提出了电磁波的概念：“我认为，磁力从磁极出发的传播类似于起波纹的水面的振动或者空气粒子的声振动。也就是说，我打算把振动理论应用于磁现象，就像对声音所作的那样，而且这也是光现象最可能的解释。”1845年发现磁的旋光效应（法拉第效应）1846年提出光的本性是电力线和磁力线的振动法拉第（4）一生对科学一往情深，对金钱和地位不屑一顾。热爱科普事业，1860年，69岁的法拉弟以《蜡烛的化学故事》为题做了六次“圣诞科学讲座”英俄交战时期，拒绝了政府研制毒气的要求从1820－1862，每天坚持做实验日记，1932年出版，共七大卷3236页麦克斯韦法拉第的天才思想需要一个数学上的综合英国物理学家麦克斯韦（1831－1879），出身爱丁堡的名门望族，数学天才，1871年回到剑桥任实验物理学教授，创办了卡文迪许实验室1857年提出土星光环的颗粒构成理论1855年“论法拉第的力线”1862年“论物理学的力线”1864年“电磁场的动力理论”，给出了麦克斯韦方程，提出了电磁波的概念，提出了光的电磁理论1873年《电磁通论》，一个世纪来电磁学的集大成。赫兹1886年，德国物理学家赫兹（1857－1894）在放电实验中，发现近处的线圈也发出火花，证实了电磁波的存在37岁英年早逝意大利青年物理学家马可尼（1874－1937）于1894年实现无线电通讯光之波动说的复兴牛顿的微粒说：光的直线传播现象，介质问题惠更斯的波动说：光的反射和折射，但误认为光是纵波，结果在解释干涉、衍射和偏振等现象时遇到困难。英国医生托马斯杨（1773－1829）提出：第一，强光与弱光速度相同，用微粒说不好解释；第二，光线穿过不同介质时，部分反射，部分折射，不好解释。1807年《自然哲学讲义》系统提出波动光学的基本原理。1817年，杨发现光不是纵波而是横波，解释了偏振现象法国菲涅尔于1819年独立的提出光的波动理论光之波动说的复兴1849年，法国物理学家菲索利用转动齿轮方法测定光速1850年，傅科用旋转镜方法测定光速更加准确，发现密介质中光速较小，从而对光的微粒说和波动说给了一个判决性实验。傅科摆展示地球的自转光谱分析1814年，德国物理学家夫琅和费（1787－1826）发现太阳光谱有许多暗线（夫琅和费线），进一步实验表明，月光和行星的反射光的光谱均与太阳光相同。1859年，德国物理学家基尔霍夫（1824－1887）发现，每一种单纯的物质均有一种特征光谱，太阳光谱中的暗线对应的就是不同的物质。光谱分析与天体物理学的诞生热之唯动说热质说成功的解释了热量守恒定律，但热质有没有质量？美国人本杰明·汤姆逊（伦福德伯爵）因反对独立战争，流落到英国、德国，在巴伐利亚获封，在慕尼黑兵工厂发现加工炮弹会生成大量的热，这个现象用热质说不好解释。1799年，伦福德回到英国创办皇家学院。戴维的磨擦冰实验热力学第一定律德国医生迈尔（1814－1878），从思考动物热问题出发，演绎推理出能量守恒的思想，过于抽象和思辩，不被人理解，晚年精神失常。英国物理学家焦耳（1818－1889）家境富有，啤酒厂厂主，有自己的实验室，是位业余科学家。1840年，测定电流的热效应，得出焦尔定律（发热与电阻成正比，与电流的平方成正比）热功当量（每千卡热量＝460千克米）1847年，德国物理学家赫尔姆霍茨发表“论力的守恒”，系统地表述了能量守恒原理。热力学第二定律英国物理学家威廉·汤姆森（开尔文勋爵1824－1907）少年奇才，1846年研究地球年龄问题。热总是不可避免的要从高温流向低温热二定律：从单一热源吸取热量使之完全变为有用的功而不产生其它影响是不可能的。德国物理学家克劳修斯（1822－1888）给出的表述：热量不可能自动地从较冷的物体转移到较热的物体。熵增定律：一个系统热含量与其绝对温度之比在系统孤立时总是增大宇宙热寂说分子运动论气体定律与分子层次的微观解释。分子的动能对称气体的温度玻尔兹曼（1844－1906），热力学第二定律的分子层次的微观解释化学原子论定比定律：化合物中的构成元素的重量之比一定是整数之比英国道尔顿（1766－1844）在1808年出版的《化学哲学新体系》中提出：化学元素由原子组成原子不可改变化合物由分子组成，分子由原子化合而成同一元素的原子相同，不同元