十九世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)
19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)是:細(xì)胞學(xué)說(shuō)
、能量守恒和轉(zhuǎn)化定律、生物進(jìn)化論專(zhuān)
屬1.細(xì)胞學(xué)說(shuō)
19世紀(jì)30年代
,由德國(guó)的植物學(xué)家施萊登和動(dòng)物學(xué)家施旺提出
2.能量守恒和轉(zhuǎn)化定律
可以說(shuō)是多人研究的結(jié)果。
1847年,英國(guó)釀酒商焦耳、德國(guó)物理學(xué)家赫爾姆霍茨分別發(fā)表各自有關(guān)能量守恒和轉(zhuǎn)化定律的講演或論文;不過(guò),焦耳被認(rèn)為是最先用科學(xué)實(shí)驗(yàn)確立能量守恒和轉(zhuǎn)化定律的人,但
焦耳和赫爾姆霍茨也承認(rèn)邁爾發(fā)現(xiàn)能量守恒和轉(zhuǎn)化定律的優(yōu)先權(quán)。
1953年,威廉·湯姆生幫助焦耳終于完成了關(guān)于能量守恒和轉(zhuǎn)化定律的精確表述。至此,自然科學(xué)中的三大發(fā)現(xiàn)之一的能量轉(zhuǎn)化和能量守恒定律宣告得到公認(rèn)。
3.生物進(jìn)化論
1859年,英國(guó)生物學(xué)家達(dá)爾文出版了《物種起源》,闡述了以自然選擇學(xué)說(shuō)為主要內(nèi)容的生物進(jìn)化理論,給神創(chuàng)論和物種不變論以沉重的打擊。
19世紀(jì)自然科學(xué)三大發(fā)現(xiàn):
1、細(xì)胞學(xué)說(shuō)
主要內(nèi)容是:細(xì)胞是動(dòng)、植物有機(jī)體的基本結(jié)構(gòu)單位,也是生命活動(dòng)的基本單位。這樣,就論證了整個(gè)生物界在結(jié)構(gòu)上的統(tǒng)一性,細(xì)胞把生物界的所有物種都聯(lián)系起來(lái)了,生物彼此之間存在著親緣關(guān)系。這是對(duì)生物進(jìn)化論的一個(gè)巨大的支持。細(xì)胞學(xué)說(shuō)的建立有力地推動(dòng)了生物學(xué)的發(fā)展,為辯證唯物論提供了重要的自然科學(xué)依據(jù),恩格斯對(duì)此評(píng)價(jià)很高,把細(xì)胞學(xué)說(shuō)譽(yù)為19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)之一。
2、生物進(jìn)化論
1859年,英國(guó)生物學(xué)家和生物進(jìn)化論的奠基者達(dá)爾文,在其巨著《物種起源》中提出了生物進(jìn)化的自然選擇學(xué)說(shuō)。該學(xué)說(shuō)的要點(diǎn)是群體中的個(gè)體具有性狀差異,這些個(gè)體對(duì)其所處的環(huán)境具有不同的適應(yīng)性;由于空間和食物有限,個(gè)體間存在生存競(jìng)爭(zhēng),結(jié)果,具有有利性狀的個(gè)體得以生存并通過(guò)繁殖傳遞給后代,具有不利性狀的個(gè)體會(huì)逐漸被淘汰(達(dá)爾文把自然界這種留優(yōu)汰劣的過(guò)程稱(chēng)為自然選擇);由于自然選擇的長(zhǎng)期作用,分布在不同地區(qū)的同一物種就可能出現(xiàn)性狀分歧和導(dǎo)致新物種的形成。
3、能量守恒和轉(zhuǎn)化定律
能量守恒和轉(zhuǎn)化定律,是19世紀(jì)自然科學(xué)的一塊重要理論基石。能量守恒的意義首要的是建立物質(zhì)運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程中的某種物理量間的等量關(guān)系。對(duì)此,我們無(wú)需知道物質(zhì)間實(shí)際的相互作用過(guò)程,也無(wú)需知道物質(zhì)運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程中的能量間的轉(zhuǎn)化途徑,只要建立和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的能量與物理量間的關(guān)系,就可以對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程中得初狀態(tài)和終狀態(tài)間建立一種等量關(guān)系,這樣便于對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程的量求解。
19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)
19世紀(jì)自然科學(xué)三大發(fā)現(xiàn):
1、細(xì)胞學(xué)說(shuō)
主要內(nèi)容是:細(xì)胞是動(dòng)、植物有機(jī)體的基本結(jié)構(gòu)單位,也是生命活動(dòng)的基本單位。這樣,就論證了整個(gè)生物界在結(jié)構(gòu)上的統(tǒng)一性,細(xì)胞把生物界的所有物種都聯(lián)系起來(lái)了,生物彼此之間存在著親緣關(guān)系。這是對(duì)生物進(jìn)化論的一個(gè)巨大的支持。細(xì)胞學(xué)說(shuō)的建立有力地推動(dòng)了生物學(xué)的發(fā)展,為辯證唯物論提供了重要的自然科學(xué)依據(jù),恩格斯對(duì)此評(píng)價(jià)很高,把細(xì)胞學(xué)說(shuō)譽(yù)為19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)之一。
2、生物進(jìn)化論
1859年,英國(guó)生物學(xué)家和生物進(jìn)化論的奠基者達(dá)爾文,在其巨著《物種起源》中提出了生物進(jìn)化的自然選擇學(xué)說(shuō)。該學(xué)說(shuō)的要點(diǎn)是群體中的個(gè)體具有性狀差異,這些個(gè)體對(duì)其所處的環(huán)境具有不同的適應(yīng)性;由于空間和食物有限,個(gè)體間存在生存競(jìng)爭(zhēng),結(jié)果,具有有利性狀的個(gè)體得以生存并通過(guò)繁殖傳遞給后代,具有不利性狀的個(gè)體會(huì)逐漸被淘汰(達(dá)爾文把自然界這種留優(yōu)汰劣的過(guò)程稱(chēng)為自然選擇);由于自然選擇的長(zhǎng)期作用,分布在不同地區(qū)的同一物種就可能出現(xiàn)性狀分歧和導(dǎo)致新物種的形成。
3、能量守恒和轉(zhuǎn)化定律
能量守恒和轉(zhuǎn)化定律,是19世紀(jì)自然科學(xué)的一塊重要理論基石。能量守恒的意義首要的是建立物質(zhì)運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程中的某種物理量間的等量關(guān)系。對(duì)此,我們無(wú)需知道物質(zhì)間實(shí)際的相互作用過(guò)程,也無(wú)需知道物質(zhì)運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程中的能量間的轉(zhuǎn)化途徑,只要建立和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的能量與物理量間的關(guān)系,就可以對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程中得初狀態(tài)和終狀態(tài)間建立一種等量關(guān)系,這樣便于對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程的量求解。
1、細(xì)胞學(xué)說(shuō)
主要內(nèi)容是:細(xì)胞是動(dòng)、植物有機(jī)體的基本結(jié)構(gòu)單位,也是生命活動(dòng)的基本單位。這樣,就論證了整個(gè)生物界在結(jié)構(gòu)上的統(tǒng)一性,細(xì)胞把生物界的所有物種都聯(lián)系起來(lái)了,生物彼此之間存在著親緣關(guān)系。這是對(duì)生物進(jìn)化論的一個(gè)巨大的支持。細(xì)胞學(xué)說(shuō)的建立有力地推動(dòng)了生物學(xué)的發(fā)展,為辯證唯物論提供了重要的自然科學(xué)依據(jù),恩格斯對(duì)此評(píng)價(jià)很高,把細(xì)胞學(xué)說(shuō)譽(yù)為19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)之一。
2、生物進(jìn)化論
1859年,英國(guó)生物學(xué)家和生物進(jìn)化論的奠基者達(dá)爾文,在其巨著《物種起源》中提出了生物進(jìn)化的自然選擇學(xué)說(shuō)。該學(xué)說(shuō)的要點(diǎn)是群體中的個(gè)體具有性狀差異,這些個(gè)體對(duì)其所處的環(huán)境具有不同的適應(yīng)性;由于空間和食物有限,個(gè)體間存在生存競(jìng)爭(zhēng),結(jié)果,具有有利性狀的個(gè)體得以生存并通過(guò)繁殖傳遞給后代,具有不利性狀的個(gè)體會(huì)逐漸被淘汰(達(dá)爾文把自然界這種留優(yōu)汰劣的過(guò)程稱(chēng)為自然選擇);由于自然選擇的長(zhǎng)期作用,分布在不同地區(qū)的同一物種就可能出現(xiàn)性狀分歧和導(dǎo)致新物種的形成。
3、能量守恒和轉(zhuǎn)化定律
能量守恒和轉(zhuǎn)化定律,是19世紀(jì)自然科學(xué)的一塊重要理論基石。能量守恒的意義首要的是建立物質(zhì)運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程中的某種物理量間的等量關(guān)系。對(duì)此,我們無(wú)需知道物質(zhì)間實(shí)際的相互作用過(guò)程,也無(wú)需知道物質(zhì)運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程中的能量間的轉(zhuǎn)化途徑,只要建立和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的能量與物理量間的關(guān)系,就可以對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程中得初狀態(tài)和終狀態(tài)間建立一種等量關(guān)系,這樣便于對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程的量求解。
參考資料:http://zhidao.baidu.com/question/8183757.html?fr=qrl3
1 細(xì)胞學(xué)說(shuō)
【簡(jiǎn)介】細(xì)胞學(xué)說(shuō)是1838~1839年間由德國(guó)的植物學(xué)家施萊登(Schleiden)和動(dòng)物學(xué)家施旺(Schwann)所提出,直到1858年才較完善。它是關(guān)于生物有機(jī)體組成的學(xué)說(shuō),主要內(nèi)容有:
?、?細(xì)胞是有機(jī)體, 一切動(dòng)植物都是由單細(xì)胞發(fā)育而來(lái), 即生物是由細(xì)胞和細(xì)胞的產(chǎn)物所組成;
② 所有細(xì)胞在結(jié)構(gòu)和組成上基本相似;
?、?新細(xì)胞是由已存在的細(xì)胞分裂而來(lái);
?、?生物的疾病是因?yàn)槠浼?xì)胞機(jī)能失常。
⑤.細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位。
⑥.生物體是通過(guò)細(xì)胞的活動(dòng)來(lái)反映其功能的。
細(xì)胞學(xué)說(shuō)的生物體意義是:
【歷史】
在18世紀(jì)的德國(guó) ,自然哲學(xué)非常盛行。這個(gè)體系的內(nèi)容之一是描述他們認(rèn)為是組成有機(jī)世界多樣性的典型單位。歌德認(rèn)為葉子是各種不同植物的典型單位結(jié)構(gòu),而奧肯則主張脊椎節(jié)是一般動(dòng)物原型結(jié)構(gòu)的基本單位。奧肯還進(jìn)一步認(rèn)為有機(jī)體由粘液囊泡或活的單位所組成,并在它們暫時(shí)所屬的有機(jī)體死亡后繼續(xù)生存著,形成另一個(gè)生物的一部分。在19世紀(jì)早期,這樣一種觀點(diǎn)相當(dāng)流行,并且同對(duì)動(dòng)植物結(jié)構(gòu)的顯微鏡觀察結(jié)合在一起,導(dǎo)致了細(xì)胞學(xué)說(shuō)的發(fā)展。
在17世紀(jì)初胡克、馬爾比基和列文胡克,都曾用顯微鏡看到了植物細(xì)胞,但是并沒(méi)有被認(rèn)為是植物世界的獨(dú)立的、活的結(jié)構(gòu)單位。
在19世紀(jì)初期,植物解剖的研究復(fù)活了,德國(guó)植物學(xué)家特雷維拉努斯和馮·莫爾認(rèn)識(shí)到細(xì)胞是植物的結(jié)構(gòu)單位。19世紀(jì)20年代, 意大利的亞米齊和其他人制成了改進(jìn)的消色差顯微鏡,使人們得以觀察到有機(jī)細(xì)胞的詳細(xì)情況。一個(gè)倫敦醫(yī)生羅伯特·布朗于1831年觀察到植物細(xì)胞一般具有一個(gè)核,不過(guò)他對(duì)自己的發(fā)現(xiàn)并不怎樣重視。 捷克人普金葉在1835年用顯微鏡觀察了一個(gè)母雞卵中的胚核,并指出動(dòng)物的組織在胚胎中是由緊密裹在一起的細(xì)胞質(zhì)塊所組成,這些細(xì)胞質(zhì)塊與植物的組織很類(lèi)似。
這些觀察導(dǎo)致耶拿大學(xué)的植物學(xué)教授馬提阿斯·施萊登于1838年宣布,細(xì)胞是一切植物結(jié)構(gòu)的基本活動(dòng)單位和一切植物借以發(fā)展的根本實(shí)體的學(xué)說(shuō)。盧萬(wàn)大學(xué)的解剖學(xué)教授泰奧多爾·施旺于1839年把細(xì)胞說(shuō)擴(kuò)大到動(dòng)物界。
19世紀(jì)40年代許多研究者糾正了他們其中的一些錯(cuò)誤觀點(diǎn),特別是植物學(xué)家馮·莫爾,耐格里和霍夫邁斯特以及動(dòng)物學(xué)家克里克爾、萊迪希和雷馬克,他們證明新細(xì)胞是靠分裂形成的, 細(xì)胞核先在母細(xì)胞內(nèi)分裂為二,然后是母細(xì)胞分裂為兩個(gè)子細(xì)胞。
【意義】
細(xì)胞學(xué)說(shuō)論證了整個(gè)生物界在結(jié)構(gòu)上的統(tǒng)一性,以及在進(jìn)化上的共同起源。這一學(xué)說(shuō)的建立推動(dòng)了生物學(xué)的發(fā)展,并為辯證唯物論提供了重要的自然科學(xué)依據(jù)。恩格斯曾把細(xì)胞學(xué)說(shuō)譽(yù)為19世紀(jì)最重大的發(fā)現(xiàn)之一。
施萊登和施旺的細(xì)胞學(xué)說(shuō)為19世紀(jì)細(xì)胞的研究指出了方向。然而,他們雖然正確地指出新的細(xì)胞可以由老的細(xì)胞產(chǎn)生,卻提出了一個(gè)錯(cuò)誤的概念即新細(xì)胞在老細(xì)胞的核中產(chǎn)生,由非細(xì)胞物質(zhì)產(chǎn)生新細(xì)胞,并通過(guò)老細(xì)胞崩解而完成。由于這兩位科學(xué)家的權(quán)威,使得這種錯(cuò)誤觀點(diǎn)統(tǒng)治了許多年。
許多研究者的觀察表明,細(xì)胞的產(chǎn)生只能通過(guò)由原先存在的細(xì)胞經(jīng)過(guò)分裂的方式來(lái)完成,1858年德國(guó)病理學(xué)魏爾肖概括為“一切細(xì)胞來(lái)自細(xì)胞”的著名論斷,這不僅在更深的層次上揭示細(xì)胞作為生命活動(dòng)的基本單位的本質(zhì),而且通常被認(rèn)為是對(duì)細(xì)胞學(xué)說(shuō)的重要補(bǔ)充,甚至有人認(rèn)為直至于此細(xì)胞學(xué)說(shuō)才全部完成。
盡管細(xì)胞學(xué)說(shuō)的某些部分已成為歷史的陳?ài)E,然而其中心思想仍廣泛而深刻地影響了后來(lái)生物學(xué)的發(fā)展,任何生物學(xué)的重要問(wèn)題都必須從細(xì)胞中尋求最后的解答。
【主要貢獻(xiàn)人】
在十九世紀(jì)以前許多學(xué)者的工作都著眼于細(xì)胞的顯微結(jié)構(gòu)方面,從事形態(tài)上的描述,而對(duì)各種有機(jī)體中出現(xiàn)細(xì)胞的意義一直沒(méi)有作出理論的概括,直到19世紀(jì)30年代德國(guó)人施萊登Matthias Jacob Schleiden 、施旺Theodar Schwann提出:一切植物、動(dòng)物都是由細(xì)胞組成的,細(xì)胞是一切動(dòng)植物的基本單位。這一學(xué)說(shuō)即“細(xì)胞學(xué)說(shuō)(Cell Theory)”,在19世紀(jì)已有不少科學(xué)家的工作對(duì)細(xì)胞學(xué)說(shuō)的創(chuàng)立做出了很大的貢獻(xiàn),如:
1. Jean-Baptiste de Lamark (1744~1829),獲得性遺傳理論的創(chuàng)始人,法國(guó)退伍陸軍中尉,50歲成為巴黎動(dòng)物學(xué)教授,1909年他認(rèn)為只有具有細(xì)胞的機(jī)體,才有生命。
2. Charles Brisseau Milbel(1776~1854),法國(guó)植物學(xué)家,1802年認(rèn)為植物的每一部分都有細(xì)胞存在。
3. Henri Dutrochet (1776~1847),法國(guó)生理學(xué)家,1824年進(jìn)一步描述了細(xì)胞的原理,他認(rèn)為 “All organic tissues are actually globular cells of exceeding smallness,which appear to be united only by simple adhesive forces; thus all tissues, all animal (and plant) organs, are actually only a cellular tissue variously modified。This uniformity of finer structure proves that organs actually differ among themselves merely in the nature of the substances contained in the vesicular cells of which they are composed” 。
4. Matthias Jacob Schleiden(1804~1881),德國(guó)植物學(xué)教授,1938年發(fā)表“植物發(fā)生論”(Beiträge zur Phytogenesis),認(rèn)為無(wú)論怎樣復(fù)雜的植物都有形形色色的細(xì)胞構(gòu)成。他認(rèn)識(shí)到了Brown發(fā)現(xiàn)細(xì)胞核的重要意義,這一點(diǎn)Brown本人并未做到,他試圖重建細(xì)胞發(fā)育的過(guò)程,為此他聰明地選擇了胚胎細(xì)胞作為他研究的起點(diǎn),他還在細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了核仁。
5. Theodor Schwann(1810~1882),德國(guó)解剖學(xué)教授,一開(kāi)始就研究Schleiden的細(xì)胞形成學(xué)說(shuō),他完全接受了這個(gè)學(xué)說(shuō),并把它擴(kuò)展為所有生命現(xiàn)象的起源和基礎(chǔ)的一般理論。他把Schleiden在植物中的發(fā)現(xiàn)應(yīng)用到動(dòng)物中去,并于1838年提出了“細(xì)胞學(xué)說(shuō)”(Cell Theory)這個(gè)術(shù)語(yǔ);1939年發(fā)表了“關(guān)于動(dòng)植物結(jié)構(gòu)和生長(zhǎng)一致性的顯微研究”。因此細(xì)胞學(xué)說(shuō)的創(chuàng)立被認(rèn)為歸功于Schleiden和Sehwann兩個(gè)人,而且年份也被定到1839年。
Schwann提出:
1) 有機(jī)體是由細(xì)胞構(gòu)成的;
2) 細(xì)胞是構(gòu)成有機(jī)體的基本單位。
1855 德國(guó)人R. Virchow 提出“一切細(xì)胞來(lái)源于細(xì)胞”(omnis cellula e cellula)的著名論斷,進(jìn)一步完善了細(xì)胞學(xué)說(shuō)。
把細(xì)胞作為生命的一般單位,以及作為動(dòng)植物界生命現(xiàn)象的共同基礎(chǔ)的這種概念立即受到了普遍的接受。恩格斯將細(xì)胞學(xué)說(shuō)譽(yù)為19世紀(jì)的三大發(fā)現(xiàn)之一。
2 達(dá)爾文進(jìn)化論
【生物進(jìn)化論】簡(jiǎn)稱(chēng)進(jìn)化論,是生物學(xué)最基本的理論之一。進(jìn)化(Evolution),是指生物在變異、遺傳與自然選擇作用下的演變發(fā)展,物種淘汰和物種產(chǎn)生過(guò)程。地球上原來(lái)無(wú)生命,大約在30多億年前,在一定的條件下,形成了原始生命,其后,生物不斷的進(jìn)化,直至今天世界上存在著170多萬(wàn)個(gè)物種。生物進(jìn)化論最早是由查爾斯·羅伯特·達(dá)爾文提出的,在其名著《物種起源》有詳細(xì)的論述。
進(jìn)化論有三大經(jīng)典證據(jù):比較解剖學(xué)、古生物學(xué)和胚胎發(fā)育重演律。
生物進(jìn)化可以分成三個(gè)層次:微進(jìn)化(生物群體中基因頻率的改變)、新種生成和大進(jìn)化(從一個(gè)類(lèi)型到另一個(gè)類(lèi)型的躍變,比如從魚(yú)類(lèi)進(jìn)化到兩棲類(lèi))。現(xiàn)代綜合學(xué)說(shuō)完美地解釋了微進(jìn)化和新種生成,并認(rèn)為由微進(jìn)化和新種生成的研究所得的結(jié)果可以進(jìn)一步推廣到大進(jìn)化。但是一些生物學(xué)家對(duì)這個(gè)推論表示懷疑,他們認(rèn)為生物大進(jìn)化可能有屬于自己的機(jī)理。按照他們的觀點(diǎn),生物新類(lèi)型的產(chǎn)生是在生物胚胎發(fā)育過(guò)程中基因突變的結(jié)果。胚胎發(fā)育時(shí)的微小突變可以導(dǎo)致成體的巨大變化。最近發(fā)育生物學(xué)的研究似乎證明了這一點(diǎn):如果在胚胎發(fā)育過(guò)程中,某種基因的表達(dá)速度變慢,就會(huì)使魚(yú)鰭變成肢足。可以預(yù)見(jiàn),隨著發(fā)育生物學(xué)的發(fā)展,越來(lái)越多的大進(jìn)化難題將被解決。
3. 能量守恒與轉(zhuǎn)化定律
定律內(nèi)容 能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生,也不會(huì)憑空消失,它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式,或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體,在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中其總量不變。能量守恒定律如今被人們普遍認(rèn)同,但是并沒(méi)有嚴(yán)格證明。
(1)自然界中不同的能量形式與不同的運(yùn)動(dòng)形式相對(duì)應(yīng):物體運(yùn)動(dòng)具有機(jī)械能、分子運(yùn)動(dòng)具有內(nèi)能、電荷的運(yùn)動(dòng)具有電能、原子核內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)具有原子能等等。
(2)不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化:“摩擦生熱是通過(guò)克服摩擦做功將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;水壺中的水沸騰時(shí)水蒸氣對(duì)壺蓋做功將壺蓋頂起,表明內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能;電流通過(guò)電熱絲做功可將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能等等”。這些實(shí)例說(shuō)明了不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化,且是通過(guò)做功來(lái)完成的這一轉(zhuǎn)化過(guò)程。
(3)某種形式的能減少,一定有其他形式的能增加,且減少量和增加量一定相等.某個(gè)物體的能量減少,一定存在其他物體的能量增加,且減少量和增加量一定相等。
能量守恒的具體表達(dá)形式
保守力學(xué)系統(tǒng):在只有保守力做功的情況下,系統(tǒng)能量表現(xiàn)為機(jī)械能(動(dòng)能和位能),能量守恒具體表達(dá)為機(jī)械能守恒定律。
熱力學(xué)系統(tǒng):能量表達(dá)為內(nèi)能,熱量和功,能量守恒的表達(dá)形式是熱力學(xué)第一定律。
相對(duì)論性力學(xué):在相對(duì)論里,質(zhì)量和能量可以相互轉(zhuǎn)變。計(jì)及質(zhì)量改變帶來(lái)能量變化,能量守恒定律依然成立。歷史上也稱(chēng)這種情況下的能量守恒定律為質(zhì)能守恒定律。
總的流進(jìn)系統(tǒng)的能量必等于總的從系統(tǒng)中流出的能量加上系統(tǒng)內(nèi)部能量的變化,能量能夠轉(zhuǎn)換,從一種形態(tài)轉(zhuǎn)變成另一種形態(tài)。
系統(tǒng)中儲(chǔ)存能量的增加等于進(jìn)入系統(tǒng)的能量減去離開(kāi)系統(tǒng)的能量
[編輯本段] 能量守恒定律的重要意義
能量守恒定律,是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。從物理、化學(xué)到地質(zhì)、生物,大到宇宙天體。小到原子核內(nèi)部,只要有能量轉(zhuǎn)化,就一定服從能量守恒的規(guī)律。從日常生活到科學(xué)研究、工程技術(shù),這一規(guī)律都發(fā)揮著重要的作用。人類(lèi)對(duì)各種能量,如煤、石油等燃料以及水能、風(fēng)能、核能等的利用,都是通過(guò)能量轉(zhuǎn)化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。能量守恒定律是人們認(rèn)識(shí)自然和利用自然的有力武器。
——能量守恒和轉(zhuǎn)化定律的發(fā)現(xiàn)
能量守恒和能量轉(zhuǎn)化定律與細(xì)胞學(xué)說(shuō),進(jìn)化論合稱(chēng)19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)。而其中能量守恒和轉(zhuǎn)化定律的發(fā)現(xiàn),卻是和一個(gè)“瘋子”醫(yī)生聯(lián)系起來(lái)的。
這個(gè)被稱(chēng)為“瘋子”的醫(yī)生名叫邁爾(1814~1878),德國(guó)漢堡人,1840年開(kāi)始在漢堡獨(dú)立行醫(yī)。他對(duì)萬(wàn)事總要問(wèn)個(gè)為什么,而且必親自觀察,研究,實(shí)驗(yàn)。1840年2月22日,他作為一名隨船醫(yī)生跟著一支船隊(duì)來(lái)到印度尼西亞。一日,船隊(duì)在加爾各達(dá)登陸,船員因水土不服都生起病來(lái),于是邁爾依老辦法給船員們放血治療。在德國(guó),醫(yī)治這種病時(shí)只需在病人靜脈血管上扎一針,就會(huì)放出一股黑紅的血來(lái),可是在這里,從靜脈里流出的仍然是鮮紅的血。于是,邁爾開(kāi)始思考:人的血液所以是紅的是因?yàn)槔锩婧醒酰踉谌梭w內(nèi)燃燒產(chǎn)生熱量,維持人的體溫。這里天氣炎熱,人要維持體溫不需要燃燒那么多氧了,所以靜脈里的血仍然是鮮紅的。那么,人身上的熱量到底是從哪來(lái)的?頂多500克的心臟,它的運(yùn)動(dòng)根本無(wú)法產(chǎn)生如此多的熱,無(wú)法光靠它維持人的體溫。那體溫是靠全身血肉維持的了,而這又靠人吃的食物而來(lái),不論吃肉吃菜,都一定是由植物而來(lái),植物是靠太陽(yáng)的光熱而生長(zhǎng)的。太陽(yáng)的光熱呢?太陽(yáng)如果是一塊煤,那么它能燒4600年,這當(dāng)然不可能,那一定是別的原因了,是我們未知的能量了。他大膽地推出,太陽(yáng)中心約2750萬(wàn)度(現(xiàn)在我們知道是1500萬(wàn)度)。邁爾越想越多,最后歸結(jié)到一點(diǎn):能量如何轉(zhuǎn)化(轉(zhuǎn)移)?
他一回到漢堡就寫(xiě)了一篇《論無(wú)機(jī)界的力》,并用自己的方法測(cè)得熱功當(dāng)量為365千克米/千卡。他將論文投到《物理年鑒》,卻得不到發(fā)表,只好發(fā)表在一本名不見(jiàn)經(jīng)傳的醫(yī)學(xué)雜志上。他到處演說(shuō):“你們看,太陽(yáng)揮灑著光與熱,地球上的植物吸收了它們,并生出化學(xué)物質(zhì)……”可是即使物理學(xué)家們也無(wú)法相信他的話,很不尊敬地稱(chēng)他為“瘋子”,而邁爾的家人也懷疑他瘋了,竟要請(qǐng)醫(yī)生來(lái)醫(yī)治他。他因不被人理解,終于跳樓自殺了。
和邁爾同時(shí)期研究能量守恒的還有一個(gè)英國(guó)人——焦耳(1818~1889),他自幼在道爾頓門(mén)下學(xué)習(xí)化學(xué)、數(shù)學(xué)、物理,他一邊經(jīng)營(yíng)父親留下的啤酒廠,一邊搞科學(xué)研究。1840年,他發(fā)現(xiàn)將通電的金屬絲放入水中,水會(huì)發(fā)熱,通過(guò)精密的測(cè)試,他發(fā)現(xiàn):通電導(dǎo)體所產(chǎn)生的熱量與電流強(qiáng)度的平方,導(dǎo)體的電阻和通電時(shí)間成正比。這就是焦耳定律。1841年10月,他的論文在《哲學(xué)雜志》上刊出。隨后,他又發(fā)現(xiàn)無(wú)論化學(xué)能,電能所產(chǎn)生的熱都相當(dāng)于一定功,即460千克米/千卡。1845年,他帶上自己的實(shí)驗(yàn)儀器及報(bào)告,參加在劍橋舉行的學(xué)術(shù)會(huì)議。他當(dāng)場(chǎng)做完實(shí)驗(yàn),并宣布:自然界的力(能)是不能毀滅的,哪里消耗了機(jī)械力(能),總得到相當(dāng)?shù)臒?。可臺(tái)下那些赫赫有名的大科學(xué)家對(duì)這種新理論都搖頭,連法拉第也說(shuō):“這不太可能吧?!备幸粋€(gè)叫威廉·湯姆孫(1824~1907)的數(shù)學(xué)教授,他8歲隨父親去大學(xué)聽(tīng)課,10歲正式考入該大學(xué),乃是一位奇才,而今天聽(tīng)到一個(gè)啤酒匠在這里亂嚷一些奇怪的理論,就非常不禮貌地當(dāng)場(chǎng)退出會(huì)場(chǎng)。
焦耳不把人們的不理解放在心上,他回家繼續(xù)做著實(shí)驗(yàn),這樣一直做了40年,他把熱功當(dāng)量精確到了423.9千克米/千卡。1847年,他帶著自己新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)又來(lái)到英國(guó)科學(xué)協(xié)會(huì)的會(huì)議現(xiàn)場(chǎng)。在他極力懇求下,會(huì)議主席才給他很少的時(shí)間讓他只做實(shí)驗(yàn),不做報(bào)告。焦耳一邊當(dāng)眾演示他的新實(shí)驗(yàn),一邊解釋?zhuān)骸澳銈兛矗瑱C(jī)械能是可以定量地轉(zhuǎn)化為熱的,反之一千卡的熱也可以轉(zhuǎn)化為423.9千克米的功……”突然,臺(tái)下有人大叫道:“胡說(shuō),熱是一種物質(zhì),是熱素,他與功毫無(wú)關(guān)系”這人正是湯姆孫。焦耳冷靜地回答到:“熱不能做功,那蒸汽機(jī)的活塞為什么會(huì)動(dòng)?能量要是不守恒,永動(dòng)機(jī)為什么總也造不成?”焦耳平淡的幾句話頓時(shí)使全場(chǎng)鴉雀無(wú)聲。臺(tái)下的教授們不由得認(rèn)真思考起來(lái),有的對(duì)焦耳的儀器左看右看,有的就開(kāi)始爭(zhēng)論起來(lái)。
湯姆孫碰了釘子后,也開(kāi)始思考,他自己開(kāi)始做試驗(yàn),找資料,沒(méi)想到竟發(fā)現(xiàn)了邁爾幾年前發(fā)表的那篇文章,其思想與焦耳的完全一致!他帶上自己的試驗(yàn)成果和邁爾的論文去找焦耳,他抱定負(fù)荊請(qǐng)罪的決心,要請(qǐng)焦耳共同探討這個(gè)發(fā)現(xiàn)。
在啤酒廠里湯姆孫見(jiàn)到了焦耳,看著焦耳的試驗(yàn)室里各種自制的儀器,他深深為焦耳的堅(jiān)韌不拔而感動(dòng)。湯姆孫拿出邁爾的論文,說(shuō)道:“焦耳先生,看來(lái)您是對(duì)的,我今天是專(zhuān)程來(lái)認(rèn)錯(cuò)的。您看,我是看了這篇論文后,才感到您是對(duì)的?!苯苟吹秸撐模樕项D時(shí)喜色全失:“湯姆孫教授,可惜您再也不能和他討論問(wèn)題了。這樣一個(gè)天才因?yàn)椴槐蝗死斫?,已?jīng)跳樓自殺了,雖然沒(méi)摔死,但已經(jīng)神經(jīng)錯(cuò)亂了?!?
湯姆孫低下頭,半天無(wú)語(yǔ)。一會(huì)兒,他抬起頭,說(shuō)道:“真的對(duì)不起,我這才知道我的罪過(guò)。過(guò)去,我們這些人給了您多大的壓力呀。請(qǐng)您原諒,一個(gè)科學(xué)家在新觀點(diǎn)面前有時(shí)也會(huì)表現(xiàn)得很無(wú)知的?!币磺卸甲兊霉饷髁耍瑑扇瞬⒓缍?,開(kāi)始研究起實(shí)驗(yàn)來(lái)。
1853年,兩人終于共同完成能量守恒和轉(zhuǎn)化定律的精確表述。
能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律有三種表述:永動(dòng)機(jī)不能造成,能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律及熱力學(xué)第一定律。這三種表述在文獻(xiàn)中是這樣敘述的:“熱力學(xué)第一定律就是能量守恒定律。”“根據(jù)能量守恒定律,……所謂永動(dòng)機(jī)是一定造不成的。反過(guò)來(lái),由永動(dòng)機(jī)的造不成也可導(dǎo)出能量守恒定律。”
19世紀(jì) 自然科學(xué)三大發(fā)現(xiàn)是什么?
1 細(xì)胞學(xué)說(shuō)
【簡(jiǎn)介】細(xì)胞學(xué)說(shuō)是1838~1839年間由德國(guó)的植物學(xué)家施萊登(Schleiden)和動(dòng)物學(xué)家施旺(Schwann)所提出,直到1858年才較完善。它是關(guān)于生物有機(jī)體組成的學(xué)說(shuō),主要內(nèi)容有:
① 細(xì)胞是有機(jī)體, 一切動(dòng)植物都是由單細(xì)胞發(fā)育而來(lái), 即生物是由細(xì)胞和細(xì)胞的產(chǎn)物所組成;
?、?所有細(xì)胞在結(jié)構(gòu)和組成上基本相似;
③ 新細(xì)胞是由已存在的細(xì)胞分裂而來(lái);
?、?生物的疾病是因?yàn)槠浼?xì)胞機(jī)能失常。
⑤.細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位。
?、?生物體是通過(guò)細(xì)胞的活動(dòng)來(lái)反映其功能的。
2 達(dá)爾文進(jìn)化論
【生物進(jìn)化論】簡(jiǎn)稱(chēng)進(jìn)化論,是生物學(xué)最基本的理論之一。進(jìn)化(Evolution),是指生物在變異、遺傳與自然選擇作用下的演變發(fā)展,物種淘汰和物種產(chǎn)生過(guò)程。地球上原來(lái)無(wú)生命,大約在30多億年前,在一定的條件下,形成了原始生命,其后,生物不斷的進(jìn)化,直至今天世界上存在著170多萬(wàn)個(gè)物種。生物進(jìn)化論最早是由查爾斯·羅伯特·達(dá)爾文提出的,在其名著《物種起源》有詳細(xì)的論述。
3. 能量守恒與轉(zhuǎn)化定律
定律內(nèi)容 能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生,也不會(huì)憑空消失,它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式,或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體,在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中其總量不變。
19世紀(jì)自然科學(xué)三大發(fā)現(xiàn):
1、細(xì)胞學(xué)說(shuō)
主要內(nèi)容是:細(xì)胞是動(dòng)、植物有機(jī)體的基本結(jié)構(gòu)單位,也是生命活動(dòng)的基本單位。這樣,就論證了整個(gè)生物界在結(jié)構(gòu)上的統(tǒng)一性,細(xì)胞把生物界的所有物種都聯(lián)系起來(lái)了,生物彼此之間存在著親緣關(guān)系。這是對(duì)生物進(jìn)化論的一個(gè)巨大的支持。細(xì)胞學(xué)說(shuō)的建立有力地推動(dòng)了生物學(xué)的發(fā)展,為辯證唯物論提供了重要的自然科學(xué)依據(jù),恩格斯對(duì)此評(píng)價(jià)很高,把細(xì)胞學(xué)說(shuō)譽(yù)為19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)之一。
2、生物進(jìn)化論
1859年,英國(guó)生物學(xué)家和生物進(jìn)化論的奠基者達(dá)爾文,在其巨著《物種起源》中提出了生物進(jìn)化的自然選擇學(xué)說(shuō)。該學(xué)說(shuō)的要點(diǎn)是群體中的個(gè)體具有性狀差異,這些個(gè)體對(duì)其所處的環(huán)境具有不同的適應(yīng)性;由于空間和食物有限,個(gè)體間存在生存競(jìng)爭(zhēng),結(jié)果,具有有利性狀的個(gè)體得以生存并通過(guò)繁殖傳遞給后代,具有不利性狀的個(gè)體會(huì)逐漸被淘汰(達(dá)爾文把自然界這種留優(yōu)汰劣的過(guò)程稱(chēng)為自然選擇);由于自然選擇的長(zhǎng)期作用,分布在不同地區(qū)的同一物種就可能出現(xiàn)性狀分歧和導(dǎo)致新物種的形成。
3、能量守恒和轉(zhuǎn)化定律
能量守恒和轉(zhuǎn)化定律,是19世紀(jì)自然科學(xué)的一塊重要理論基石。能量守恒的意義首要的是建立物質(zhì)運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程中的某種物理量間的等量關(guān)系。對(duì)此,我們無(wú)需知道物質(zhì)間實(shí)際的相互作用過(guò)程,也無(wú)需知道物質(zhì)運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程中的能量間的轉(zhuǎn)化途徑,只要建立和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的能量與物理量間的關(guān)系,就可以對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程中得初狀態(tài)和終狀態(tài)間建立一種等量關(guān)系,這樣便于對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程的量求解。
1德國(guó)的植物學(xué)家施萊登和動(dòng)物學(xué)家施旺
2英國(guó)生物學(xué)家達(dá)爾文
3德國(guó)的青年醫(yī)生邁爾(J.R.Mayer,1814-1878),
1 細(xì)胞學(xué)說(shuō)
【簡(jiǎn)介】細(xì)胞學(xué)說(shuō)是1838~1839年間由德國(guó)的植物學(xué)家施萊登(Schleiden)和動(dòng)物學(xué)家施旺(Schwann)所提出,直到1858年才較完善。它是關(guān)于生物有機(jī)體組成的學(xué)說(shuō),主要內(nèi)容有:
?、?細(xì)胞是有機(jī)體, 一切動(dòng)植物都是由單細(xì)胞發(fā)育而來(lái), 即生物是由細(xì)胞和細(xì)胞的產(chǎn)物所組成;
② 所有細(xì)胞在結(jié)構(gòu)和組成上基本相似;
?、?新細(xì)胞是由已存在的細(xì)胞分裂而來(lái);
④ 生物的疾病是因?yàn)槠浼?xì)胞機(jī)能失常。
?、?細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位。
?、?生物體是通過(guò)細(xì)胞的活動(dòng)來(lái)反映其功能的。
2 達(dá)爾文進(jìn)化論
【生物進(jìn)化論】簡(jiǎn)稱(chēng)進(jìn)化論,是生物學(xué)最基本的理論之一。進(jìn)化(Evolution),是指生物在變異、遺傳與自然選擇作用下的演變發(fā)展,物種淘汰和物種產(chǎn)生過(guò)程。地球上原來(lái)無(wú)生命,大約在30多億年前,在一定的條件下,形成了原始生命,其后,生物不斷的進(jìn)化,直至今天世界上存在著170多萬(wàn)個(gè)物種。生物進(jìn)化論最早是由查爾斯·羅伯特·達(dá)爾文提出的,在其名著《物種起源》有詳細(xì)的論述。
3. 能量守恒與轉(zhuǎn)化定律
定律內(nèi)容 能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生,也不會(huì)憑空消失,它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式,或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體,在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中其總量不變。贊同17| 評(píng)論(1)
1 細(xì)胞學(xué)說(shuō)
2 達(dá)爾文進(jìn)化論
3. 能量守恒與轉(zhuǎn)化定律
19世紀(jì)自然科學(xué)三大發(fā)現(xiàn): 1、細(xì)胞學(xué)說(shuō) 主要內(nèi)容是:細(xì)胞是動(dòng)、植物有機(jī)體的基本結(jié)構(gòu)單位,也是生命活動(dòng)的基本單位。這樣,就論證了整個(gè)生物界在結(jié)構(gòu)上的統(tǒng)一
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