热力学第一定律公式(热力学第一定律的理解)

为什么说等效原理是自然哲学的基本原理之一或广义等效原理是哲学的基本原理之一?不变性原理是科学哲学或自然哲学的表述形式之一,从自然科学的守恒定律可以提炼、概括和归纳自然哲学的不变性原理。物理学的守恒定律指的是某种物理量的变化值保持不变的性质,守恒的含义不是指某种物理量的不变性,而是指某种物理量在物理系统流入的增加量恒等于这一物理量在物理系统流出的减少量,反之,某种物理量在物理系统流入的减少量恒等于这一物理量在物理系统流出的增加量。物理学的守恒定律在科学哲学或自然哲学中表现为不变性原理。根据某种物理量的不同和科学哲学的多因素理论,物理学家把守恒定律分为3种、6种和12种,三种类型的守恒定律包括了能量守恒定律、动量守恒定律和质量守恒定律。

能量守恒定律是热力学的第一定律,也是力学的第一定律,在一个封闭或孤立的系统中,物体的固有能量、动能和势能无论怎样变化,但三者之和的总能量不发生增减。动量守恒定律是能量守恒定律的一种表现形式,在一个不受外力作用或所受外力的矢量和为零时,无论系统内单个或多个物理量发生怎样的变化,系统的总动量不发生增减。质量和能量符合科学哲学守恒论的等效原理,既可以将质量守恒定律看成是能量守恒定律的表现形式,也可以将能量守恒定律看成是质量守恒定律的表现形式。18世纪的法国化学家拉瓦锡在推翻燃素说的化学实验中发现,两种或多种物质在化学反应的前后,总的原子种类、数量和质量没有发生改变。质量守恒定律说明,在一个封闭或孤立的系统中,物质只能从一种形式转化为另一种形式,质量既不会增加,也不会减少。

能量守恒定律在热力学中表现为第一定律的形式,一个封闭或孤立的系统从周围介质吸收的热量恒等于对介质所做的功和系统内能的增加。人们把一台机器看成是一个机械系统,这台机器对外做功时必须消耗外界供给的能量,不消耗内能和外界的能量就不能对外做功。能量守恒定律在机械运动的经典力学中表现为机械能守恒定律,机械能包含动能和势能,比如:伽利略最早在比萨斜塔进行了自由落体实验,无论重的和轻的物体都同时落地,任何一个物体在近似真空的引力场自由下落时,在物体高度势能减少的同时,这一物体的动能随之增加,而自由下落物体总的机械能不发生增减。

热力学第一定律公式(热力学第一定律的理解)

能量守恒定律在狭义相对论中表现为质能守恒定能,质量和能量符合科学哲学对应论的转换原理或转换论的对应原理。爱因斯坦的质能方程式统一了经典力学的能量守恒定理和质量守恒定律,能量守恒和质量守恒符合科学哲学统一论的等效原理或等效论的统一原理。好像物理学家把动能和势能统一定义为机械能一样,可以从科学哲学的概念出发,把能量和物质统一定义为存在能或“物能体”、“能物体”,按照机械能守恒定律的表述方式,“存在能守恒定理”或“质能守恒定律”可以表述为:能量在一定条件下转化为质量,质量在一定条件下转化为能量,在能量转化为质量或质量转化为能量的过程中,存在能的总量不发生增减。

按照科学哲学的双因素理论,质能方程式或“质能守恒定律”、“存在能守恒定律”可以划分为两种表现形式:能量守恒定律和物质守恒定律;按照科学哲学的三因素理论,存在能守恒定律可以划分为三种表现形式;以六因素理论划分为六种表现形式;以十二因素理论划分为十二种表现形式,相应地增加了电荷守恒定律,重子数守恒定律和轻子数守恒定律等。质能或存在能守恒定律是自然界最基本、最普遍的规律之一,而事物在运动和变化过程中保持系统总物理量的不变性。存在能守恒定律在科学哲学上表现为不变性原理,而不变性原理无非是科学哲学等效原理的一种表述形式,等效原理因而是科学哲学最基本、最普遍的原理之一,从科学哲学延伸到普通哲学,科学哲学的等效原理延伸到普通哲学的广义等效原理。

能量从一种形态转化为另一种形态,在能量形态转化的过程中,系统的总能量不发生增减,能量的形态包括核能、风能、水能、太阳能、电能、地热能、生物能等。可以将自然科学最基本、最普遍的存在能守恒定律融入科学哲学的递减原理或递增原理,仅考虑一个物理系统存在两种能量形式的相互作用,在一种能量形式转化为另一种能量形式的过程中,一种能量形式的减少必然伴随另一种能量形式的增加,反之,一种能量形式的增加必然伴随另一种能量形式的减少,在一个系统内发生的各个能量形态的递减或递增过程不会影响系统总能量的不变性。递减和递增原理的应用是局域的、有条件的,而守恒性原理或不变性原理的应用则是总体的、无条件的,比如:在宇宙诞生和演化的过程中,宇宙大爆炸的能量呈现递减过程,星体和星系物质的数量呈现递增过程,而宇宙能量和物质的总和不发生增减。

热力学第一定律公式(热力学第一定律的理解)


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