題主你好。如果您想了解熱力學發展史，大可不必提這種似是而非的問題。熱力學的實驗說起來夠一部大學物理實驗教材的。其中大多數都需要都實驗室裡操作才能明白其中的含義，拿到這裡來說絲毫沒有意義。

熱力學發展史可以追溯到十六世紀。1593年，義大利物理學家伽利略發明了溫度計。溫度計的發明，標誌著熱力學最關鍵的一個物理量被引入物理學——溫度。但是溫度的準確定義卻是在300多年以後的1930年代才被提出。關於溫度計和溫標的事情，小編這裡簡單介紹一下：

一六三二年：法國珍．雷（Jean Rey），將伽利略的溫度計倒轉過來，並注入水，以水為測溫物質，利用水的熱脹冷縮來表示溫度高低，但管子是開口的，因而水會不斷蒸發。一六五七年：義大利佛羅倫薩的西門圖科學院的院士，改用酒精為測溫物質，並將玻璃管的開口封閉，製造出除了避免酒精蒸發，也不受大氣壓力影響的溫度計，同時選擇了最高和最低的溫度固定點。一六五九年：巴黎天文學家布利奧（Boulliau）把西門圖院士傳到法國的溫度計充以水銀，而製造出第一支水銀溫度計。一六六○年到一七○○年期間：波義耳和其助理虎克（Robert Hooke），甚至牛頓本人均體認到制定溫標的重要性，雖然他們沒有對溫度計制定溫標，但對溫度計發展的貢獻卻是非常重要的。一七○二年：阿蒙頓（Guillaumel Amontons）仿伽利略的方法製出一個裝有水銀的Ｕ型且與大氣壓力無關的氣體溫度計，與現今標準氣體溫度計相近。一七一四年：荷蘭氣象學家華倫海特（Gabriel Danniel Fahrenheit）製造出第一批刻度可靠的溫度計（有水銀的，也有酒精的）。他選定三個溫度固定點：（1）零度是冰水和氯化銨混合物的溫度（2）32度是冰水混合的溫度（3）96度是人體的溫度。這就是華氏溫標℉。一七二四年他測量水的沸點為212度，同時他還證明了沸點會隨大氣壓力變化，現代人把標準大氣壓下水的冰點和沸點之間標以180刻度，就是華氏溫標。一七四二年：瑞典天文學家攝耳修斯（Anders Celsius）引進百分刻度法，他把水的沸點定為零度，水的冰點定為100度，此即所謂攝氏溫標，其同事斯特莫（Stromer）把這兩溫度值倒過來即成為近代所用的攝氏溫標，到此為止，溫度計算是定型了。

在熱力學誕生的初期，人們一直混談兩個概念——溫度和熱量。從現代熱力學看，這兩個概念有一定聯絡，但是絕對不能混談。因為它們之間差一個更重要的物理量——熱力學熵（熵分為很多種，比如資訊熵等）。溫度、熱量、熱力學熵分別對應三條熱力學定律。稍後小編會一一介紹。

熱量的本質到底是什麼，曾經在物理學史上引發過爭議，其中以牛頓為代表的認為熱量本質粒子的運動——熱動說；而以波哈維為代表的認為熱量是一種和質量類似的物質——熱質說。看得出來吧，提熱質說的傢伙們，大部分人連名兒都沒聽過，所以小編以此來勸誡諸位，不要沒事瞎想，否則歷史連名字都不會給你留下。1755年，蘭伯特指出要對熱量和溫度加以區別。後來布萊克對這兩個概念做出了清晰了區分，不僅如此他還提出了相變潛熱的概念，其學生爾灣定義了熱容。再往後，1784年麥哲倫提出了比熱的概念，現代熱力學定義比熱等於熱容對質量或者物質的量的偏微商。1789年，出生於美國後到英國又到德國而受封的倫福伯爵在慕尼黑兵工廠監督大炮鑽孔，發現熱是因摩擦而產生，因而斷言，熱不是物質而是來自運動。1799年，英國化學家戴維發現摩擦兩塊冰的時候有些冰熔也會化成水，所以他認為摩擦引起物體微粒的振動，而這種振動就是熱。這兩件事情動搖了熱質說的地位，但是熱質說卻在物理學家心中有著堅固的位置，直到19世紀，卡諾的工作被物理學家接受，熱質說徹底被釘到了十字架上。卡諾的工作是現在熱力學教科書的必講內容。尤其是熱力學第一定律和熱力學第二定律兩部分會大談特談卡諾的工作——卡諾迴圈和卡諾熱機。卡諾的工作是劃時代的大新聞，為後來的熱力學第一定律、第二定律奠定了監事的實驗和理論基礎。

卡諾設定這樣的物理過程，一臺熱機裡的工作物質經歷等溫膨脹、絕熱膨脹、等溫壓縮、絕熱壓縮四個過程，卡諾證明了如下定理：

⑴在相同的高溫熱源和相同的低溫熱源之間工作的一切可逆熱機，其效率都相等，與工作物質無關，與可逆迴圈的種類也無關；

⑵在相同的高溫熱源和相同的低溫熱源之間工作的一切不可逆熱機，其效率都小於可逆熱機的效率。

這就是卡諾定理。其證明方法是先承認永動機不存在，以此為出發點，透過反證法就能證明。卡諾創造性地運用了“理想實驗”證明這條定理。但是要注意，許多教科說"卡諾證明這條定理用的是熱質說，而非熱動說"，這一說不正確。卡諾早期曾借用熱質一詞的目的是把蒸汽機和水輪機進行類比以便於獲得熱學規律。卡諾在《關於火的動力》一文中，旗幟鮮明地指出，"熱動力與用來產生它的工作物質無關，它的量唯一地由在它們之間產生效力的物體（熱源）的溫度與熱質的輸運量確定"。這句話翻譯成現代物理的話就是，熱交換的熱量在數值上由溫度和物質轉移有關，且由它們唯一確定。這裡的熱質並不是熱質說裡的熱質，而是參與熱交換的物質。卡諾之所以這樣說，主要是為了類比。卡諾這個論斷，等價於把熱力學第一定律、第二定律結合起來。

卡諾去世之後50餘年，邁耶和焦耳等人的工作才促成熱力學第一定律和第二定律的誕生。卡諾的一生是短暫的，他只活了36歲，但是卡諾的一生是精彩的！

下面小編要介紹的這位大人物叫焦耳。焦耳一生也是精彩的。他用了四十年時間去證明功轉換成熱時，功和所產生熱的比是一個定值——熱功當量。在1840年，焦耳發表論文，提出了著名的焦耳熱效應，這一效應在當代初中物理課本就有提到——電流所生的熱，跟電阻和電流平方的乘積成正比。1848年，焦耳發現了一個規律：當物體所含的機械能轉換為熱能時，整體能量會保持不變。這就是能量守恆定律的熱力學版本，也就是熱力學第一定律。同時代的亥姆霍茲將給出了能量守恆推廣到整個自然科學，除了熱效應滿足能量守恆，力學、電磁學、化學等等都遵循能量守恆定律。如今人們認定，邁耶、焦耳、亥姆霍茲三個人是能量守恆定律的主要創立者，但是要注意的是，能量守恆是由五個國家、十餘位物理學家共同努力的結果。甚至包括前面提到的卡諾也對這一定律有過極大的貢獻。此外，還有一個人要提一下，克勞修斯。他是第一個把熱力學第一定律寫成數學公式的物理學家。而他之所以第一個做到這件事情，是因為他提出了另一個定律——熱力學第二定律。物理學史稱之為，熱力學第二定律的克勞修斯表述。此外還有開爾文的表述。克勞修斯表述為：低溫熱源不能向高溫熱源輸送熱量，而外界不發生任何改變。開爾文表述為：不能把單一熱源吸來的熱量完全變為有用功，而不引發外界的改變。克勞修斯還提出了熱力學熵的概念。也因此，克勞修斯將熱力學第一定律裡的熱交換項寫成了溫度乘以熵變的形式。

想必列為猜到了小編要介紹的下一位物理學家是誰了。開爾文勳爵，本命威廉·湯姆遜，1851年提出了熱力學第二定律的開爾文表述。開爾文這個名字是他的爵位，但是大多人都只記得了他的爵位，卻忘記了他的真名。開爾文的名字還和熱力學溫標的單位有關，當然這是後人為了紀念他而做的工作。當然，小編這裡提開爾文，還有一個原因。1900年，開爾文說了一句被寫進教科書裡的名言——當今的物理世界晴空萬里，動力理論可以解釋一切物理問題；唯有兩個小問題有待解決：以太理論和黑體輻射的理論解釋。就是這兩朵烏雲徹底顛覆了開爾文自信滿滿的萬里無雲的物理世界。它們導致了相對論和量子力學的誕生，物理學進入了新紀元。也是因為如此，熱力學進入了新時期。

在進入新時期之前，小編還要提及兩位重要的不得了的人物——玻爾茲曼和吉布斯。玻爾茲曼分佈和吉布斯系綜理論開啟了熱力學的新格局，也就是我們今天所說的統計物理。後來隨著量子力學建立，統計物理也進入量子時代——量子統計物理。注意沒有量子熱力學，因為熱力學是宏觀理論，它是微觀動力學的統計平均的結果。玻爾茲曼將克勞修斯的熵改寫成了一個著名公式S正比於lnW，後來普朗克引入了一個常數——玻爾茲曼常數k，這個公式就成了今天教科書裡的形式S=klnW。玻爾茲曼熵比克勞修斯熵更具有普適性，後來夏農提出了資訊熵是對玻爾茲曼熵的推廣。

新時代的物理學是以相對論和量子力學為主要角色的。統計物理在研究諸如玻色氣體、費米氣體等問題上，有了新的發現。這些發現與凝聚態物理有著密切關係。另外，對於極端相對論的粒子系統，統計物理也有很多重要的結論。總之，當代的熱力學已經不再是經驗科學，它早已在統計物理的意義上變為了理論科學。

首先，我們先看看什麼是熱力學才能知道哪些實驗是屬於熱力學的。

熱力學，是從宏觀角度研究物質的熱運動性質及其規律。古代人類早就學會了取火和用火，但是後來才注意探究熱、冷現象本身，直到17世紀末還不能正確區分溫度和熱量這兩個基本概念的本質。1842年，J.邁爾提出了能量守恆理論，認定熱是能的一種形式，可與機械能互相轉化，並且從空氣的定壓比熱容與定容比熱容之差計算出熱功當量。英國物理學家J.焦耳於1840年建立電熱當量的概念，1842年以後用不同方式實測了熱功當量。1850年，焦耳的實驗結果已使科學界徹底拋棄了“熱質說”，公認能量守恆、而且能的形式可以互換的熱力學第一定律為客觀的自然規律。

講到熱力學的實驗，我們就來看看熱力學四大定律的實驗好了。

熱力學第一定律：我們看看焦耳的實驗。焦耳把磁電機放在作為量熱器的水桶裡，旋轉磁電機，並將線圈的電流引到電流計中進行測量，同時測量水桶的水溫變化。實驗表明，磁電機線圈產生的熱也與電流的平方成正比。

熱力學第二定律：英國物理學家開爾文（原名湯姆遜）在研究卡諾和焦耳的工作時，發現了某種不和諧：按照能量守恆定律，熱和功應該是等價的，可是按照卡諾的理論，熱和功並不是完全相同的，因為功可以完全變成熱而不需要任何條件，而熱產生功卻必須伴隨有熱向冷的耗散。克勞修斯在1850年發表的論文中提出，在熱的理論中，除了能量守恆定律以外，還必須補充另外一條基本定律：“沒有某種動力的消耗或其他變化，不可能使熱從低溫轉移到高溫。”這條定律後來被稱作熱力學第二定律。

熱力學第三定律：這個定律涉及的實驗相對少一點，更多的是理論的東西。也就是預言的絕對零度的概念，描述的是熱力學系統的熵在溫度趨近於絕對零度時趨於定值。

熱力學第零定律：一杯放在餐桌上的熱咖啡，由於咖啡正在冷卻，所以這杯咖啡與外界環境並非處於平衡狀態。當咖啡不再降溫時，它的溫度就相當於室溫，並且與外界環境處於平衡狀態。這個簡單的實驗九告訴我們熱力學第零定律：如果兩個熱力學系統中的每一個都與第三個熱力學系統處於熱平衡(溫度相同)，則它們彼此也必定處於熱平衡。這一結論稱做“熱力學第零定律”。