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重磅!课程内容全回顾

2022-08-13 08:32:37



械科学


与技术

临近期末,

一起回顾一下吧!

引言


经过老师们的精彩讲授,2017年机械科学与技术导论课程的十五次讲座已经全部结束,在此向各位主讲老师表示衷心的感谢(手动比心)!也为同学们的认真投入点赞!值此期末之际,小编和大家一起回顾一下课程内容!

JAN

7

重要提醒:

期末报告提交截止时间:2018年1月7日   

提交方式:网络学堂上传word电子版


  1  

殷雅俊教授:

力学的美和妙

首先,殷老师介绍了他认为清华的学生要成为什么样的人。目前一个令人不安的事实是:很聪明的学生,想象力匮乏,创造力欠佳;很优秀的博士生,不会抽象概念,不能生成思想……

1.  国家之间,看得见的竞争,是创造力的竞争;看不见的竞争,是思想的竞争。

2.  改革开放初期,英国首相撒切尔夫人有评论:中国只是在向我们输出产品,这并不可怕。真正可怕的是,有朝一日,他们能够向我们输出思想。

3.  :世界上,两样东西最有力量,一是剑,二是思想。而思想比剑更有力量……

殷老师认为清华的学生一定要有这样的观念:创造的最高境界,最重要的标志,正是新概念和新思想。对未来定位时,请增添如下关键词:思想者,创造者。

 

什么是力学

数学家说:数学思想是数学的灵魂。同理,力学思想是力学的灵魂。更进一步,科学思想是科学的灵魂。

高中课本上讲授的力学不是“真正”的力学,时空变换下保持不变的科学才是力学。

变化的规律,是不变的,深化了对“力学~艺术~工程”之关系的理解

殷老师介绍了在伽利略变换下保持不变的力学牛顿力学和在洛仑兹变换下保持不变的力学狭义相对论力学。

不变性和对称性思想,是主宰近代和现代科学的最主要的思想之一。与此对应,追寻不变量,就成为力学探索者的重大使命之一。

任何对称性,都对应某种形式的守恒律!!


强化对力学的探求心,力学的出处

答案之一:来自天上(哥白尼,开普勒,伽利略,牛顿)。

答案之二:来自现代工程

 Griffith断裂理论(断裂力学,由此启航!)

答案之三:来自大自然

蜻蜓翅脉上的波浪状褶皱形貌与功能,海面上的波浪

答案之四:来自实验室(新奇的实验现象)

答案之五:来自大脑

  2  

雒建斌院士:

机械科学

纳米制造

雒老师以“机械科学与纳米制造”为主题开展讲座,首先介绍了世界制造业发展状况的背景:我国已是世界制造大国,正朝着制造强国迈进,其进程可分为三个阶段:第一阶段,2025年中国制造业可进入世界第二方阵, 迈入制造强国行列;第二阶段,2035年中国制造业将位居第二方阵前,成为名副其实的制造强国;第三阶段,2050年中国制造业可望进入第一方阵,成为具有全球引领影响力的制造强国。但目前,中国制造业存在高能耗、核心技术缺乏等问题,发展思路应为“智能制造+互联网”与“四基(基础工艺、 基础材料、 基础部件、 基础核心技术)”。纳米制造技术是核心制造技术中的关键。

蒸汽机    电器、电子产品    纳米技术产品

纳米制造技术是纳米科学与应用之间的桥梁,它经历了十余年的发展,已经走向工业界中的许多高端制造领域。主要的纳米制造技术包括:

纳米约束成形——纳米压印;

纳米增材制造——纳米涂层;

纳米去除:纳米激光去除、纳米切削、纳米抛光;

其它相关技术:“超滑”现象的研究、界面效应减阻技术、壁虎的“粘附-脱附”运动的分析模型以及高速、精密超精密加工技术等。

其中,雒老师着重介绍了化学机械抛光技术的发展情况以及他的课题组在该方面的工作进展。

  3  

季林红教授:

创新、设计与实现

创新设计是当前的社会热点,但如何看待和把握创新的实质和发展规律是当今设计研究的主要内容。

季老师以日常产品设计为例介绍产品设计思维过程、创新演变规律以及创新思维的基本要求,使同学对设计与设计研究有所了解,对创新思维方法有所启迪。这次讲座内容主要分为了三个部分:生物机械设计和研究中的创新要素、几个典型机械设计的创新实现、驱动创新设计的要素讨论。

在讨论生物机械设计和研究中的创新要素时,季老师首先介绍了生物机械学的概念及我国大健康产业的背景,然后通过假肢、康复机器人等丰富的案例介绍了生物机械设计和研究,引起了大家的浓厚兴趣。

在讨论典型机械设计中的创新实现时,季老师以自行车为例,分析了各个部件的设计优化,并用以半个轮子行走的自行车创新设计案例引导同学们开拓思路。又结合三行自走式玉米收割机、活动屋顶开闭系统设计等案例,指出设计时需要带有批判性思维、改变传统设计,跳出传统思维和不合理标准的束缚;解析作业的综合需求,集成多学科的研究成果、 系统优化、形成新的系统。

三行自走式玉米收割机    活动屋顶开闭系统设计

在讨论驱动创新设计的要素时,季老师指出设计在工程和科学两方面的需求,前者为需求牵引、解决实际问题、开发具有竞争优势的产品;后者为找到创新规律新理论、新方法、种子技术。总体来说,创新设计,需要把握技术系统的发展规律,实施具有竞争优势的创新设计,最终寻求创新的理想解决方案。

  4  

孙伟教授:

增材制造

与生物制造

了解增材制造与生物制造科学和技术领域的最新进展、挑战与机遇。

孙老师首先对增材制造的定义与实现过程进行了清晰阐释,随后对各种不同的加工方式进行分别介绍(SLA、SLS、FDM等)和对比分析,之后是增材制造的应用情况及其优势与不足。

在简要介绍完增材制造的基础上,孙老师开始重点介绍生物3D打印技术,首先是其定义、发展层次与应用案例。生物3D打印技术是将生物材料和/或生物单元(细胞/蛋白质等)按照仿生形态学,生物体功能,细胞特定微环境等要求用增材制造的方法制造出具有复杂结构、功能和个性化的生物材料三维结构或体外三维生物功能体。发展至今,生物3D打印技术已经在医疗模型、永久植入物和组织工程支架等方面开展应用,目前正处于第四层次:以细胞为打印材料的体外仿生生物结构体的制造。

生物增材制造技术

细胞3D打印成功之要素主要有:能否打印;能否成形;细胞能否工作。其挑战包括:生物学挑战、材料学挑战、工程制造学关键科学挑战等。

生物3D打印技术进行器官打印

讲座最后,孙老师展望的手术台边现场打印器官的场景,也许真的不远了!

  5  

欧阳证教授:

仪器设计与制造的微型化

本次课程介绍分析仪器小型化的设计思想,实现理念及新加工技术的应用。

随着科学技术的进步,科学仪器从实验室的大型仪器走向小型化,在保证功能性的同时,具有低成本、便携、易于推广应用的优势。通过本次课程的学习,同学们了解小型化仪器发展的前沿动态和设计思想。

以质谱仪为例,最初的质谱仪体积大,成本高。曼哈顿计划极大的推进了质谱仪的发展。质谱仪最初应用于物理和化学的基础研究,随后被用于材料科学和环境科学,目前已经广泛应用于生物和制药领域。

传统的质谱仪使用步骤包括:原始样品取样—萃取样品—液相/气象色谱—质谱分析—数据分析/定量,小型化的质谱仪可以简化使用流程,使过程更高效,降低成本且节省时间。

广泛的应用场景对新型质谱仪的便携性提出了更高的要求,将质谱仪“做小,做简单,结构优化”,成为了关键性的技术因素。

  6  

柳强教授:

激光及其在制造与测量中的应用

激光是最快的刀、最准的尺、最亮的光

1887年,赫兹实验证实了麦氏论断,明确了光波就是一种电磁波,光学的研究也成为电磁场理论的组成部分。

1888年,赫兹发现光电效应。

1917年,爱因斯坦《关于辐射的量子理论》,提出了受激辐射可实现光放大的概念,指明了获得激光的原则途径。

1958年,美国汤斯,《红外与光学振荡器》,提出利用开放式光学谐振腔实现光振荡的新思想。

1960年,梅曼研制成功第一台激光器,二十世纪四大发明(半导体、原子能、计算机、激光)之一:光受激发射技术诞生。

激光器的基本构成:激光材料+谐振镜片+泵浦源。

激光的特点:单色性,相干性,方向性,高强度。

激光可以根据工作物质,输出波长,激励方式,工作方式和输出频率特性分为不同的种类。

激光的主要参数有:输出功率/脉冲能量,空间分布,时域参数,频谱参数。

现代激光技术飞速发展,高能高功率激光技术、超快激光技术、频率转换技术、单频及稳频技术是未来的发展方向。

激光加工在制造业有广泛的应用。激光加工有无噪声、速度快、切割表面质量良好等优点,可用于材料切割、打孔、打标、焊接和3D打印。

激光可以用于仪器测量,如宏观测距、微观精密测距和物质成分分析等。

  7  

王雪教授:

机械工程中的仪器测量技术

测控系统可以分为测量系统、控制系统、机械系统和通信系统。测控系统以测量为根本任务。

测量实际上是确定被测量量值的过程,测量技术是人类认识世界的手段和途径,:信息技术的三大支柱是测量技术、通信技术和计算机技术。

精密测量的发展方向:

1. 测量精度向亚纳米量级,测量尺度向纳米量级发展;

2. 测量尺度向大、极大尺寸发展;

3. 测量条件要求不断严格,向复杂化、极端化方向发展;

4. 动态测量向高频、甚至射频拓展,在线测量的需求更为迫切;

5. 测量对象不断增加,同一对象的测量参数也不断增加,网络化测量的需求迫切

随着物联网和无线传感网络的发展,测控系统的网络化趋势更加明显。在智能制造、医疗仪器等领域有关键的应用。

测量技术可以为微纳器件的制造、精密和超精密加工、大型装备制造等关键领域提供支撑。没有精密测量技术及仪器就没有先进制造,“只有测量出来,才能加工出来”。

测控无处不在,与人们的生活密切相关,环保、健康和能源领域有广泛的产业需求。

  8  

李政教授:

世界和中国能源

本次讲座主讲老师为能源与动力工程系李政教授。能源利用与我们的生活息息相关,李政老师从能源的重要性出发,为大家分析了世界的能源结构和发展历史,以及复杂国际环境下能源利用的问题与挑战。此外,还结合我国的能源结构特点,分析了我国能源利用存在的问题,并为我国能源的清洁、低碳发展提供了建议。

全球总体资源情况

  9  

欧阳明高院士:

汽车新型动力系统与电动汽车

电动汽车的发展,具有鲜明的背景。基本状况如下:全球各类能源占比上,排在第一位的是石油,之后依次是煤和天然气。化石能源仍然是绝对主导,这也是碳排放难以控制的关键原因。国家层面上,最新统计16年所有能源消耗中,总能耗排名为:中国>美国>俄罗斯>印度,其中,中国的能源消耗比排在第二的美国与第三的俄罗斯加起来都多。在具体构成上,美日等国家以石油为主导;俄罗斯天然气占首位;中国和印度相似,煤炭位列第一。中国的煤炭消耗甚至达到世界总消耗量的一半,中国对煤炭的依赖程度可想而知。

在这样的背景下,国内外电动汽车市场迅速发展。Tesla成为国外典型豪华电动轿车,中国自主品牌比亚迪也成长为全球领先的新能源汽车公司之一。小型电动车因动力性好、性价比高,受到广泛欢迎。但处在豪华车与小型车中间的车型,因锂电池高昂的成本,市场推广受限。充电设施建设同样是市场化关键。家用慢充、高速公路快充、无线充电三种充电基础设施先后发展并不断推广。

国外典型豪华电动轿车特斯拉

电动汽车的核心技术有三部分:电控,电池,电机。电池技术是其中最具挑战性的课题,也是研究重点。动力电池涉及设计与制造、充放电控制、能量管理等功能性问题,又存在高比能量下热安全的挑战。过充过放、自引发内短路、环境过热、机械碰撞与穿刺等不同情境下,揭示电池热失控的过程与机理,是清华大学电池安全实验室最关注的科学问题。

混合动力是对传统燃油汽车进行能效优化的重要思路。混合动力技术通过制动能量回收、利用电机和电池对内燃机的工作点进行优化等方式,使整车节油率大大上升。按照控制对象,混合动力涉及的问题包含燃烧控制问题、燃油喷射控制问题、能量管理问题等。

氢燃料电池是又一种新型汽车动力系统。将电能转换为氢能储存在汽车上,再将氢能转换成电能驱动电机,是燃料电池汽车基本的能量转换过程。燃料电池汽车续驶里程更长,因此在商用车的使用上具有明显的发展优势。中国也将在2030年实现氢能及燃料电池汽车的大规模推广应用。

新能源汽车总的发展趋势明确:电动化,轻量化,智能化和网联化。中国的纯电动的路线尤为清晰。在发展路线图中,有这样几个重要的时间节点。纯电动车和插电混合动力发展在2020年达到7-10%的比例,而在2030年达到40%-50%。节能和环保的压力也给汽车行业带来了集中的发展资源和动力,中国汽车迎来了快速发展的新时代。

  10  

姜培学教授:

能源动力与热流科学的现状与未来

本次讲座主讲老师为能源与动力工程系姜培学教授,姜老师首先介绍了能源与动力工程系的发展历史及现状,结合相关研究介绍了能源动力学科的发展。能源动力学科的定位可以总结为:热流科学、清洁能源、先进动力、能源战略。能源动力始终是国家命脉行业,未来仍然有很多问题需要研究和探索。

燃气轮机——制造技术王冠上的明珠

  11  

李水清教授:

未来燃烧和能源研究机遇和挑战

本次讲座主讲老师为能源与动力工程系李水清教授,李老师从燃烧科学的角度为同学们讲解了能源动力学科的应用。例如近几年大家都很关心的雾霾问题,想要很好地解决,燃烧科学会是一大助力。无论是燃煤机组的超低排放改造,煤改气之后的燃烧问题以及交通移动源的污染物排放,都依赖先进的燃烧技术来降低污染。燃烧本身也是一门交叉学科,涉及流体力学、化学热力学以及物理光学等学科。能源动力学科的发展以及能源清洁利用都需要更先进的燃烧科学技术。

音乐《Fade》激励下的旋流火焰

  12  

陈海昕教授:

航空史上的追梦人

达芬奇——第一个对飞行进行科学研究的人

达芬奇:Why fly ? For once you have tested flight,you will walk the earth with your eyesturned skyward, for there you have been,and there you long to return.

为什么翱翔? 一旦你曾飞过, 你再在地上行走时目光将投向你头上的天空,因为你曾到过那里, 因为你会憧憬再回到那里。

英国航空之父乔治.凯利爵士奠定了现代航空学的理论基础

德国人奥图.李林塔尔以生命为代价完善了滑翔技术,并奠定了现代空气动力学的基础,最终牺牲

动力飞机——虽败犹荣的不懈的追求

– 旅英美国人马克沁的蒸汽动力飞机(1891年)

– 俄国人莫扎伊斯基——仅苏联承认(1882年)

– 法国人阿代尔——成功失之交臂(1897年)

– 美国人兰利Langely教授(1903年11月7日)

航空史的里程碑

第一次有动力、稳定、可操纵的持续飞行,续航时间 59 秒,飞行距离 260 米,飞行高度 3.8 米,速度 48 千米/小时双层机翼鸭式气动布局,一台12 马力的内燃机通过自行车链条传动2副空气螺旋桨

飞行者一号成功后,莱特兄弟又制造了18型飞机……

1.  莱特兄弟忙于飞机的推广终身未娶

2.  莱特飞机公司经营不善,最终被兼并

莱特兄弟的成功在全世界掀起了航空热潮……


一日千里的航空事业

• 1909年:法国飞行员路易斯·布莱里奥驾驶单翼飞机飞越英吉利海峡

• 1914年:法德飞机首次进行空战

• 1939年:俄裔美国人西科尔斯基首次试飞成功实用型直升机VS-300

• 1939年:德国制造出第一种喷气式战斗机“HE—178” 

• 1945年:美国空军B-29轰炸机在日本广岛投掷原子弹

• 1947年:美国人查克·耶格尔驾驶贝尔X-1型飞机第一次以超过音速

• 1952年:英国使用第一架喷气客机“彗星号”

• 1963年:美国 SR-71黑鸟战略侦察机开始试飞

• 1967年:世界上第一种实用型变后掠翼飞机 F-111 正式交付使用

• 1967年:美国X-15研究机达到了M6.72(7272千米/小时)的速度

• 1969年:协和式超音速飞机进行处女航。

• 1969年:第一种实用的垂直起落战斗机英国“鹞”式装备部队

• 1970年:波音747大型喷气式客机进行第一次试飞。

• 1977年:隐身战斗机F-117 “海弗蓝”首飞

• 1981年:美国航天飞机“哥伦比亚号” 发射升空

• 1986年:美国迪克·鲁坦及珍娜·耶格尔驾驶“旅行者号”飞机环球飞行

• 1988年:世界最大运输机俄罗斯An-225 “梦想” 首次飞行

• 1989年:美国B-2隐身轰炸机原型机试飞

• 1997年:美国F-22战斗机首飞

• 2002年:美国X-45A无人驾驶作战飞行器技术论证机首飞

• 2004年:美国X-43A高超音速试验机达到10倍音速

• 2005年:欧洲推出空中客车A-380巨型客机

• 2010年 美国X-37B太空战机首飞

• 2011年05月30日 “阳光动力号”太阳能飞机 横跨美国


航空的百余年历程

• 挑战不可能,创造不存在

• 成功与失败的轮回往复

• 科学与技术的完美结合

• 天才与勤奋相互支撑

• 充满了牺牲与执着

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赵福全教授:

汽车产业经济

站在宏观和战略视角,全面介绍了汽车产业经济的基本特征、中国汽车产业现状、汽车产业的机遇与挑战以及未来汽车产业的发展空间。

在经济中,汽车是一种产品。汽车作为一种产品,又有很多独特性:高度复杂性、要求严苛性、属性多元性。相比起来,火箭仅是样品,高铁、飞机有特定的市场,家电等技术含量低,而汽车不但要经历严苛的三高实验,还要考虑成本,总结起来,需要兼顾五个维度:效率、成本、潜力、法规、市场。

认识汽车:高度复杂的产品

中国汽车业已经成为国民经济的支柱产业。中国的汽车产销量已经8年世界第一,而且仍有巨大的增长空间。在未来的增长中,面对资源不匹配的问题,共享汽车成为提高汽车利用率的重要途径。汽车产业同样很复杂。汽车产业带动了原材料、能源等上游产业,也带动了物流业、售后服务等下游产业,汽车产业对经济的拉动往往在1:5以上。汽车产业极度追求规模效益,目前中国已经形成了六大产业集群:东北,京津冀,中部,西南,长三角,珠三角,形成了合资vs自主的竞争的态势。

汽车产品创造是一个异常复杂的过程,外部涉及零部件、工厂及设备、销售网络、售后服务、备件、物流,内部涉及规划、研究、采购、制造、质量、营销、人力、财务等,产品创造流程是各部门高效、优质、协同“作战”的制度和保障。汽车产品的创造流程主要包括三个步骤:战略规划,产品策划,产品设计。产品策划阶段决定了产品最终成本的80%,所以在策划阶段对成本的考虑是至关重要的。

汽车产品的开发具有较长的时间周期。以大众汽车为例,其方案开发阶段经历15个月,批量开发经历21个月,批量生产准备需要12个月,整体需要4年的时间。在时间节点问题上,各部门之间要齐头并进、讲协同,不能快也不能慢。各企业在进行产品开发的过程中,往往遵循一种“V型”开发流程,其主要特征是:整个流程具有分层特性,包括车辆层级,系统层级和部件层级。流程从车辆层级出发,逐渐深入到部件层级,最后又上升到车辆层级,成为产品。V型开发流程因其良好的设计思想,被广泛应用。

  14  

智能汽车的现状与未来

本报告在阐述汽车技术革命概念、特征及其带来颠覆性创新的基础上,介绍了智能网联汽车技术国内外发展现状及趋势,并对我国如何应对汽车新技术变革提出了建议。

电动化、智能化和网联化是汽车未来三大技术变革。其中,智能化和网联化使汽车作为产品的性质发生了改变:汽车从交通工具变成了智能终端;智能化和网联化也使交通系统发生了显著变化,变成了新型的交通社会。

智能交通系统

研究汽车的智能化和网联化,必须将概念辨析清楚。首先,智能汽车可以看作智能交通系统(Intelligent Transport Systems,ITS)的一个关键部分。智能交通系统的目标不只是交通管理,还包含对能源消耗和环境污染的优化。ITS包含交通管理系统,交通信息服务系统,以及车辆控制与安全系统(AVCSS)。AVCSS的发展可以分为两个阶段:初级智能汽车阶段,AVCSS的功能是实现驾驶辅助;高级智能汽车阶段,AVCSS的功能是实现完全无人驾驶。AVCSS的应用领域同样应分类考虑:军用往往不计成本、追求高性能;民用总是使用低成本设备,追求高性价比。在实现智能驾驶的方式上也分两类:自主式仅靠车载传感器实现,使汽车具有环境感知和自主的决策能力;而协同式需要通信技术,利用车车通信和车联网实现协同智能驾驶。

智能网联汽车是自主式智能汽车和协同式智能汽车的结合,融入了车联网的应用。车联网是一个信息物理系统,包含车内网、车际网和车载移动互联网,其目标是实现交通管理、车辆控制和动态信息服务,以提高行驶安全,促进节能减排,并提供信息服务。车联网不但与智能汽车紧密相关,还涉及到智能交通系统、汽车智能制造等。

智能汽车的技术体系包括环境感知、车辆定位、路径规划、轨迹跟踪以及汽车底盘控制功能。关键技术有以下几点:1.传感、定位相关技术:精确的定位和高准确度的机器视觉是智能驾驶的关键;2.通信技术:车联网的关键技术;3.决策与控制:包括路径规划问题、横纵向控制问题等;4.人机共驾与信息安全。

在政策方面,中国制定了智能网联汽车技术路线图,2020年就有一半以上的车实现辅助驾驶系统的新车装配,到2030年汽车联网率接近100%,高度自动驾驶的汽车也将占新车的10%以上。可以说,智能网联汽车的发展迅速成熟。

  15  

过增元院士:

热力学中的两朵“乌云”

19世纪未,由于一切物理现象似乎都能够从相应的理论(经典力学/电磁学/统计力学)中得到满意的回答。

19世纪最后一天,欧洲科学家欢聚一堂。英国物理学家 Thomoson 发表新年祝词:“物理大厦已经落成,所剩只是修饰工作”

然而,他在展望20世纪物理学前景时讲道:但它的美丽而晴朗的天空还被两朵‘乌云’复盖”

第一朵“乌云”- 以太风

“以太”是光在真空中传播的载体。但产生了新的问题:地球以每秒30公里速度绕太阳运动,会遇到每秒30公里的“以太风”必对光的传播产生影响。

Michelson and Morley 实验和以太  (ether)说相矛盾: 地球运动的方向同光的射向一致或相反,测出的光速都相同,不存在以太风(ether wind)

第二朵“乌云”- 紫外灾难

英国物理学家瑞利和金斯基于能量是连续变化的物理量,建立了黑体辐射能量按波长分布的公式。但是,在短波区(紫外光区)辐射强度无止境地增加,这和实验数据相差极大。所以这个失败被称为 “紫外灾难”

Einstein在狭义相对论中提出的 光速不变原理(光速与物体运动方向无关), 驱散了第一朵乌云:以太(ether)

Planck引入量子的概念(能量非连续和非均分) 驱散了第二朵乌云:紫外灾难

两朵“乌云”的驱散,导致了20世纪物理学的两大革命:相对论和量子力学

 

现代物理学中的两朵“乌云”

第一朵“乌云”- 暗物质

暗物质是宇宙中无法直接观测到的物质,但它却能干扰星体发出的光波或引力。

科学家曾对暗物质的特性提出了多种假设,但暗物质的本质现在还是个谜。

第二朵“乌云”- 暗能量

对遥远的超新星所进行的大量观表明,宇宙在加速膨胀。从而推论出宇宙中存在压强为负的“暗能量””

从哲学的角度来讲,暗物质和暗能量相继被证实存在,对人们的观念是一次极大的冲击和突破。

 

热学史上的两朵“乌云”

第一朵“乌云”- 热量的本质

热量的本质,历史上曾有过激烈的争论。热质说:热是一种没有质量的流体,可从高温流向低温物体, 但其数量守恒。热动说:热是物体组成粒子的无规运动的能量,它是一种特定的能量形式。由于解决了声速和卡诺定理等问题,热质说在18世纪下半叶达到鼎盛时期。

1798年伦徳福进行了钻孔实验,但热质说无法解释摩擦生热的现象。

直至 19世纪40年代, 在焦耳精确测量了 热功当量后,热质说逐渐衰落,而热动说为大家所公认。

在此基础上,建立了热力学第一定律完善了能量守恒定律,在工程应用上否定了第一类永动机。

 

第二朵“乌云”- 能与熵地位之争

19世纪40年代,能量守恒定律作为自然界的普遍规律,出现了以德国物理学家瓦尔德为首的唯能论(Energetics)学派。

观点:世界上一切事物都可归结为: “能量”问题和能量守恒关系。否定原子、分子的客观实在性。

与唯能论进行激烈辩论的是,以奥地利物理学家玻尔兹曼为首的原子论学派

观点: 需要研究微观层次中的原子机制分子运动,导得了熵的微观表达式

所幸的是, 由于原子的发现和玻尔兹曼气体分子动理论建立,最终以原子论战胜唯能论结束了这场学术之争 。

能量守恒定律无法解释热机效率,即为什么热量不能全部转化为功量。无法实现第二类永动机(並不违反能量守恒定律),即可以从大气或海洋中 获取无穷尽的能量。

克劳修斯等指出了热机效率的极限,建立了以熵为核心物理量的热力学第二定律。

 

“科学创新的思想火花通常来自不同事物的大跨度联想,即形象思维.”

热子(动质量)总是附着在分子(静质量)之上

分子(静质量)无宏观运动;热子(动质量)相于分子的有宏观运动

热量的本质:热的能、质 二象性:

当热量与其它能量转换时,热量具有能量特性;当热量传递(运动)时,

热量具有质量特性。

 

如何驱散热学中的第二朵“乌云”? 

寻找学科之间的共性规律以发现新的能量和建立新的能效定律。

熵名称的由来

1923年普朗克到南京讲 entropy,物理学家胡剛复教授任翻泽,由于它概念太复杂就用简单的办法,由于S 是热量与温度之商,而且与火有关,从而构成新字“熵”

火积名称的由来:

由于G 是热量与温度之乘积,而且与火有关从而构成新字“火积”


结语


简单的回顾,难以涵盖各位老师精彩讲座的全貌,希望各位同学自主复习、积极学习、激发兴趣。本门课程虽然接近尾声,但各位同学与机械科学与技术的接触才刚刚开始,愿大家能够继续努力,学有所成!



致歉                                  

本公众号在本学期课程进行时没有及时发布课程预告,给同学们带来了不便,在此深表歉意!



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2018新年快乐

HAPPY NEW YEAR

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