溫應(yīng)春

《熱學(xué)》是一門獨(dú)立的分支，仔細(xì)品味，會(huì)發(fā)現(xiàn)它有如下幾個(gè)特點(diǎn)。

一、特殊的顯微鏡

翻開課本的扉頁(yè)，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)一種特殊的顯微鏡，憑借這種顯微鏡可以觀察到原子的面目。因?yàn)樵邮呛苄〉?，它的?shù)量級(jí)只有10^-10m，用一般的光學(xué)顯微鏡根本無(wú)法觀察，所以只能用這種掃描隧道顯微鏡。

掃描隧道顯微鏡是葛·賓尼和羅雷爾于1982年研制成功的，掃描隧道顯微鏡能將微小的東西放大幾億倍，用明察秋毫去形容它已經(jīng)顯得十分蒼白。

放大倍數(shù)之大反襯出原子之小，這是一個(gè)很顯著的特點(diǎn)。

二、特殊的方法

要直接跟蹤研究某一個(gè)水分子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，弊端有二：其一，水分子很小，其二，與背景渾然一體，某一個(gè)水分子周圍都是大量的水分子，它們的面目一樣，無(wú)法區(qū)分，無(wú)法識(shí)別，因此很難直接研究。

布朗運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)是極其巧妙的，通過(guò)觀察花粉顆粒的運(yùn)動(dòng)間接地研究水分子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，這樣做比直接觀察水分子的運(yùn)動(dòng)，要優(yōu)越得多，其優(yōu)越性主要體現(xiàn)在：

1、花粉顆粒與背景水分子的區(qū)別非常鮮明，是“萬(wàn)綠叢中的一點(diǎn)紅”。

2、花粉顆粒是由成千上萬(wàn)個(gè)固體分子組成的龐然大物，與水分子相比。如“鶴立雞群”。花粉顆粒大小的數(shù)量級(jí)接近于10^-6m，用光學(xué)顯微鏡觀察它，已經(jīng)能夠完成使命了。

所以觀察花粉顆粒的運(yùn)動(dòng)進(jìn)而間接地證明水分子的運(yùn)動(dòng)，的確是高明之舉，是一種特殊的研究方法。

三、特殊的溫度。

-273.15℃是一個(gè)很特殊的溫度，它不僅是熱力學(xué)溫標(biāo)的起點(diǎn)，也是宇宙中低溫的極限。

熱力學(xué)溫標(biāo)是英國(guó)物理學(xué)家開爾文創(chuàng)立的，他把-273.15℃作為新的溫標(biāo)的起點(diǎn)，就每一度而言與攝氏溫標(biāo)是相等的，這種溫標(biāo)不依賴于測(cè)溫物質(zhì)，故稱絕對(duì)溫標(biāo)。對(duì)大量事實(shí)的分析表明，絕對(duì)零度是低溫的極限，不可達(dá)到，這個(gè)結(jié)論稱之為熱力學(xué)第三定律。熱力學(xué)溫度的單位開爾文是國(guó)際單位制中七個(gè)基本單位之一。

攝氏溫度與熱力學(xué)溫度間有簡(jiǎn)單的換算關(guān)系，即T=t+273.15K。溫度就是物體的冷熱程度。從微觀上講，是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志(εk=3/2kT)，亦或分子運(yùn)動(dòng)激烈程度的標(biāo)志。溫度的數(shù)值表示辦法就是溫標(biāo)。攝耳休斯創(chuàng)立了攝氏溫標(biāo)，這種溫標(biāo)以水銀為測(cè)溫物質(zhì)，從物理特性上講，水銀的膨脹隨溫度變化是線性的。它把冰水混合物的溫度定為零攝氏度，水的沸點(diǎn)定為100攝氏度，在0到100之間等分為100等份，每一等份就是一攝氏度。

四、特殊的定律

熱力學(xué)第二定律有兩種完全不同而又完全等價(jià)的表述，即克勞修斯表述和開爾文表述。這個(gè)定律的特殊有三：其一都揭示了一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程均具有單向性，其二都是經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，其三都是否定之否定規(guī)律。

1850年，克勞修斯根據(jù)制冷機(jī)的經(jīng)驗(yàn)指出：不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化。該定律是按照熱傳導(dǎo)的方向性來(lái)表述的。“其他變化”的具體含義是：使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體還是可以的，但不是自發(fā)的，要付出代價(jià)才行，比如電冰箱就需要消耗電能。

1851年，開爾文根據(jù)熱機(jī)的經(jīng)驗(yàn)指出：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來(lái)做功，而不引起其他變化。該定律是按照機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過(guò)程的方向性來(lái)表述的?！捌渌兓钡木唧w含義是：把內(nèi)能百分之百轉(zhuǎn)化為機(jī)械能是不可能的，沒(méi)有效率是百分之百的熱機(jī)，熱機(jī)至少要有兩個(gè)熱源，即高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩础?/p>

五、特殊的發(fā)現(xiàn)

能量守恒定律是19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)之一，是一條“偉大的運(yùn)動(dòng)基本定律”。

能量守恒定律、細(xì)胞學(xué)說(shuō)、達(dá)爾文的生物進(jìn)化論被稱為19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)。能量守恒定律是經(jīng)過(guò)人類漫長(zhǎng)而又艱辛地探索研究發(fā)現(xiàn)的，是建立在大量的事實(shí)基礎(chǔ)上的。說(shuō)它是一條基本規(guī)律，就是因?yàn)樗倪m用范圍很廣，在自然科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)都成立，是人類認(rèn)識(shí)世界，改造世界的強(qiáng)大武器。

六、特殊的氣體

模型是源于實(shí)踐而高于實(shí)踐的抽象。高中《熱學(xué)》里，理想氣體就是一種典型的物理模型，它是一種特殊的氣體。

與實(shí)際氣體相比，理想氣體忽略了氣體分子之間的分子力(微弱的引力)，因此沒(méi)有分子勢(shì)能，只有分子動(dòng)能；理想氣體是溫度的單值函數(shù)，溫度增高，內(nèi)能必然增大；理想氣體有著簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)定律，這些實(shí)驗(yàn)定律有著寬廣的適用范圍。

常溫常壓下不易液化的氣體，可視為理想氣體。

點(diǎn)評(píng)：用特殊的目光，尋求特殊所在，這是學(xué)好獨(dú)特學(xué)科的關(guān)鍵。

(責(zé)任編輯趙平)