温应春

《热学》是一门独立的分支，仔细品味，会发现它有如下几个特点。

一、特殊的显微镜

翻开课本的扉页，你就会发现一种特殊的显微镜，凭借这种显微镜可以观察到原子的面目。因为原子是很小的，它的数量级只有10^-10m，用一般的光学显微镜根本无法观察，所以只能用这种扫描隧道显微镜。

扫描隧道显微镜是葛·宾尼和罗雷尔于1982年研制成功的，扫描隧道显微镜能将微小的东西放大几亿倍，用明察秋毫去形容它已经显得十分苍白。

放大倍数之大反衬出原子之小，这是一个很显著的特点。

二、特殊的方法

要直接跟踪研究某一个水分子的运动规律，弊端有二：其一，水分子很小，其二，与背景浑然一体，某一个水分子周围都是大量的水分子，它们的面目一样，无法区分，无法识别，因此很难直接研究。

布朗运动的设计是极其巧妙的，通过观察花粉颗粒的运动间接地研究水分子的运动规律，这样做比直接观察水分子的运动，要优越得多，其优越性主要体现在：

1、花粉颗粒与背景水分子的区别非常鲜明，是“万绿丛中的一点红”。

2、花粉颗粒是由成千上万个固体分子组成的庞然大物，与水分子相比。如“鹤立鸡群”。花粉颗粒大小的数量级接近于10^-6m，用光学显微镜观察它，已经能够完成使命了。

所以观察花粉颗粒的运动进而间接地证明水分子的运动，的确是高明之举，是一种特殊的研究方法。

三、特殊的温度。

-273.15℃是一个很特殊的温度，它不仅是热力学温标的起点，也是宇宙中低温的极限。

热力学温标是英国物理学家开尔文创立的，他把-273.15℃作为新的温标的起点，就每一度而言与摄氏温标是相等的，这种温标不依赖于测温物质，故称绝对温标。对大量事实的分析表明，绝对零度是低温的极限，不可达到，这个结论称之为热力学第三定律。热力学温度的单位开尔文是国际单位制中七个基本单位之一。

摄氏温度与热力学温度间有简单的换算关系，即T=t+273.15K。温度就是物体的冷热程度。从微观上讲，是分子平均动能的标志(εk=3/2kT)，亦或分子运动激烈程度的标志。温度的数值表示办法就是温标。摄耳休斯创立了摄氏温标，这种温标以水银为测温物质，从物理特性上讲，水银的膨胀随温度变化是线性的。它把冰水混合物的温度定为零摄氏度，水的沸点定为100摄氏度，在0到100之间等分为100等份，每一等份就是一摄氏度。

四、特殊的定律

热力学第二定律有两种完全不同而又完全等价的表述，即克劳修斯表述和开尔文表述。这个定律的特殊有三：其一都揭示了一切与热现象有关的宏观过程均具有单向性，其二都是经验规律，其三都是否定之否定规律。

1850年，克劳修斯根据制冷机的经验指出：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化。该定律是按照热传导的方向性来表述的。“其他变化”的具体含义是：使热量由低温物体传递到高温物体还是可以的，但不是自发的，要付出代价才行，比如电冰箱就需要消耗电能。

1851年，开尔文根据热机的经验指出：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。该定律是按照机械能与内能转化过程的方向性来表述的。“其他变化”的具体含义是：把内能百分之百转化为机械能是不可能的，没有效率是百分之百的热机，热机至少要有两个热源，即高温热源和低温热源。

五、特殊的发现

能量守恒定律是19世纪自然科学的三大发现之一，是一条“伟大的运动基本定律”。

能量守恒定律、细胞学说、达尔文的生物进化论被称为19世纪自然科学的三大发现。能量守恒定律是经过人类漫长而又艰辛地探索研究发现的，是建立在大量的事实基础上的。说它是一条基本规律，就是因为它的适用范围很广，在自然科学的各个领域内都成立，是人类认识世界，改造世界的强大武器。

六、特殊的气体

模型是源于实践而高于实践的抽象。高中《热学》里，理想气体就是一种典型的物理模型，它是一种特殊的气体。

与实际气体相比，理想气体忽略了气体分子之间的分子力(微弱的引力)，因此没有分子势能，只有分子动能；理想气体是温度的单值函数，温度增高，内能必然增大；理想气体有着简单的实验定律，这些实验定律有着宽广的适用范围。

常温常压下不易液化的气体，可视为理想气体。

点评：用特殊的目光，寻求特殊所在，这是学好独特学科的关键。

(责任编辑赵平)