Ecclesiastes 12:12: ...of making many books there is no end...
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Science sets itself apart from other paths to truth by recognizing that even its greatest practitioners sometimes err.(Steven Weinberg, Einstein's Mistakes, Physics Today, Nov. 2005:31-35)
意識到甚至連最偉大的科學探索者有時也會犯錯，是科學通向真理的一條獨特路徑。——S. 溫伯格（電弱統一理論的提出者之一及1979年諾貝爾獎物理學得主）
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物理學的歷史負擔
（第二版 連載）
[德] F. 赫爾曼，G.喬布 著，陳敏華 譯
[譯者說明]《物理學的歷史負擔》第一版2014年已由上海教育出版社出版，第二版即將由上海教育出版社再版。讀者可免費向譯者索取第一版的電子書。（譯者微信號：1049418954）
5 熱力學
5.18 卡諾循環
主題
在大學物理課中，學生們學到卡諾循環。理想氣體在一個循環過程中經歷了四個階段：兩個等溫過程和兩個等熵（或絕熱）過程。學生們知道，在這個過程中只有一部分熱轉換為機械功。有時這個結論被推廣到任意的循環過程，只要把它分解為無數多個等溫和等熵過程。通常，這個過程用p-V圖來表示。
負擔
1．卡諾在他的著作中提出並證明了一個大膽的想法：在一臺理想的熱機中，「熱質」從溫度較高處傳到溫度較低處，從而做功（法文為「puissance motrice」）。這個功與溫度差和熱質的數量成正比。根據卡諾的原理，熱機的工作原理與水輪機的相似。在水輪機中，水從高處流向低處，從而做功。卡諾在他的著作中一開始就引入了這個觀點。只有在這以後，我們才能想像熱機的具體的細節。現在學生所學到的關於卡諾這個觀點的知識卻是一些特殊熱機的煩瑣計算。
圖1 卡諾循環的T-S圖和p-V圖。在一個循環中，熱機從高溫處吸收熵，在低溫處放出熵。
2．在卡諾循環中，涉及到兩種能量形式：pdV和TdS。如果我們真正要處理卡諾循環，我們最好用兩種能量形式下的坐標系來表示這個過程，即T-S圖和p-V圖，如圖1所示。T-S圖使過程顯得很簡單。在這裡，卡諾的上述觀點可以清楚地看出來：熱質（今天叫做熵）在恆定的高溫處進入熱機（過程AB），在恆定的低溫處離開熱機（過程CD）。不管運用了何種工作物質，T-S圖是相同的。p-V圖就不同了。這是一個很重要的事實，這個事實卡諾在討論「理想氣體」的特殊情況之前也強調過。
但是，正像卡諾當時所做的那樣，我們也可以拋棄這兩個圖。事實上，T-S圖是瑣碎的，而p-V圖是不令人感興趣的。
3．如果我們將熱機運行的過程看成是一個連續的過程而不是由幾個階段組成的循環過程，我們可以更容易地理解熱機。
歷史
1．自從19世紀50年代以來，由於人們熱衷於能量這一概念，熱質被理解為一種能量形式，卡諾的觀點被認為部分地是錯的。他所說的熱質從高溫處通過熱機流到低溫處，其總量保持不變。從現代物理學的觀點來看，熱質的這種行為符合熵的行為。這樣，我們可以將卡諾的熱質認定為克勞修斯在1865年正式提出來的熵。當我們把熱質理解為能量時，就會得出錯誤的結論：在熱機的低溫出口處所流出來的能量少於在熱機的高溫進口處所進入的能量。（其差異等於熱機所做的功。）
對卡諾原理的不恰當解釋一直延續到現在，儘管在概念的發展過程中不斷有人指出其錯誤。
2．另一個相關的問題是，熵一直被看作是一個與直覺無關的量。因此，老師們只要有可能就會迴避這個量。因而，簡單的T-S圖就被拋在了一邊。
3．在卡諾所處的時代，循環過程是一種標準，因為當時僅有的熱機（即蒸汽機）是一種循環機器。汽輪機當時還沒有出現。卡諾當時提到的水輪機是一種連續工作的機器。
建議
這個主題與中學物理教育有什麼關係？難道還不清楚這是一個大學物理教育的主題嗎？確實，當我們以通常的、複雜的方式來處理這個問題時，它不在中學物理所討論的範圍內。但是，如果我們清晰地按照卡諾的方法來討論這個問題的話，它會變得完全適合於中學物理教育。
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[前幾節連結]
譯者前言
目錄
引言
1 總論
1.1 大自然的最終秘密
1.2 我、觀察者和上帝
1.3 推導和理解
1.4 自然界中存在著物理量嗎？
1.5 課堂中的科學史
1.6 如何產生？如何檢測？
1.7 因果性原理
1.8 專業術語
1.9 當力作用在質量的電荷上時，它的動量會變化
1.10 轉化
1.11 物理教育研究的目的是什麼？
1.12 女性教材作者
1.13 力學與熱力學
1.14 測量的精確度
1.15 孤立系統
1.16 守恆定律
1.17 粒子
1.18 相互作用
1.19 石英鐘和蓋革計數器
1.20 超距作用
1.21 力的兩個效應和電流的三個效應
1.22 線性特徵
1.23 力場
1.24 等效電阻
1.25 質量和物質
2 力學
2.1 牛頓運動定律
2.2 靜力平衡和牛頓第三定律
2.3 牛頓第三定律
2.4 牛頓第三定律（第三次）
2.5 拔河比賽
2.6 桌面上的力
2.7 動量不是m和v的複合量
2.8 被貶低了的動量
2.9 動量流的方向
2.10 在靜止的動量導體中的動量流
2.11 動量流的方向和坐標系
2.12 衝量
2.13 力的定義
2.14 肌肉產生的力
2.15 力和能量
2.16 力的作用線
2.17 壓強和力
2.18 滑輪
2.19 瞬時速度和平均速度
2.20 加速度
2.21 承受加速度
2.22 運動狀態
2.23 勻速運動
2.24 勢能
2.25 角動量守恆
2.26 力學中的點
2.27 動壓強
2.28 飛機為什麼會飛？
2.29 自由下落貓
2.30 勢能（增補）
3 能量
3.1 能量形式
3.2 功率
3.3 能量守恆定律
3.4 能量在哪裡？
3.5 被釋放的能量
3.6 永動機和能量守恆定律
3.7 純能
4 相對論
4.1「相對論」這一名稱
4.2 慣性參考系
4.3 E=mc²的寫法
4.4 質量、靜質量、不變質量、相對論質量、能量、靜能量和內能
附：縱質量和橫質量
4.5 光速和速度的極限
4.6 狹義相對論和參考系變換
4.7 時間膨脹和長度收縮
4.8 時空中的運動
4.9 同時性的相對性
4.10 速度相加
4.11 GPS校正和GTR
4.12 以太和真空
4.13 邁克耳孫-莫雷實驗
4.14 絕對空間
5 熱力學
5.1 熵
5.2 熱力學第二定律
5.3 熵的測量
5.4 熵的測量（增補）
5.5 熱力學第三定律
5.6 熱力學第零定律
5.7 熵：不可逆性的量度
5.8 胡椒粉和食鹽混合時的熵增加
5.9 熵和生命
5.10 負熵
5.11 混合熵
5.12 沒有溫度就沒有熵？
5.13 熱和功的等價性
5.14 能量最小的趨勢
5.15 可用能
5.16 卡諾效率
5.17 效率和卡諾係數
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作者F. Herrmann & G. Job
[作者簡介] F. 赫爾曼（F. Herrmann），德國卡爾斯魯厄理工大學物理教育研究所所長，終身教授，法國裡昂大學固體物理學博士，德國物理學會會員 ，德國卡爾斯魯厄物理課程（KPK）教材作者。
G. 喬布（G. Job），德國漢堡大學物理化學系終身教授，物理化學博士，德國卡爾斯魯厄物理課程熱學部分課程原理「用熵量度熱的多少」的主要提出者，所編著的大學教材《新概念熱力學》（翻譯：陳敏華）由華東理工大學出版社出版。
[譯者簡介]陳敏華，浙江省紹興市柯橋區鑑湖中學物理特級教師，正高級教師，華東師範大學教育學博士，浙江師範大學碩士研究生導師，教育部高等學校大學物理課程教學指導委員會大中物理教育銜接工作委員會委員（物理科學素養和科普教學協作組成員），美國物理教師協會（AAPT）會員，德國卡爾斯魯厄物理課程（KPK）研究團隊成員。主要研究領域：國際物理課程比較；主要研究成果：翻譯和引進德國卡爾斯魯厄物理課程全套教材13冊（小學1冊、初中3冊、高中5冊和大學4冊），研究成果獲浙江省人民政府頒發的基礎教育教學成果一等獎。
[譯者聯繫方式]微信/QQ：1049418954
視頻號：浙江陳敏華丨陳敏華與德國KPK作者赫爾曼教授的學術活動集錦
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連結
陳敏華丨《高中物理100問》
第一章 總論
1.1 什麼是物質？（1）
1.2 什麼是性質？（2）
1.3 什麼是物理量？（3）
1.4 什麼是物理定律？（4）
1.5 為什麼要學物理？（5）
第二章 直線運動
2.1 位置和時刻可以小於零嗎？（6）
2.2 位移和時間可以小於零嗎？（7）
2.3 運動著的物體在某一位置的時間為多大？（8）
2.4 運動著的物體在某一時刻的位移為多大？（9）
2.5 什麼是位移的大小？（10）
2.6 平均速度和瞬時速度的區別是什麼？（11）
2.7 初中所學的速度是高中所學的速度嗎？（12）
2.8 加速度的定義式與勻變速直線運動的v-t關係式有何區別？（13）
2.9 如何理解和運用勻變速直線運動的公式？（14）
2.10 如何證明一個物體在做勻變速直線運動？（15）
2.11自由落體加速度描述自由落體的性質嗎？（16）
2.12 亞里斯多德的論斷是錯的嗎？（17）
第三章 牛頓運動定律
3.1 用什麼描述物體運動的多少？(No.18)
3.2 什麼是力？(No.19)
3.3 什麼是守恆（No.20）
3.3 什麼是守恆（No.20）（補）
3.4 物體的加速度跟它的質量成反比嗎？（No.21）
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陳敏華丨論文和學術報告
1 學術報告：A Brief History of Introducing the KPK to China：1989-2019
2 學術報告：Understanding Physics Learning in Perspective of Category
3 論文：什麼是物理學？——論物理教材「緒論」的編寫
4 論文：關於通過線圈某一面的磁通量的討論
5 論文：德國KPK物理教材在中國的十年：2007~2017——代《德國卡爾斯魯厄物理課程》漢英雙語版譯後記
6 論文：德國卡爾斯魯厄物理課程的引進和應用──KPK引進中國的歷程：1984-2010
7 論文：我國現行初高中物理教材中存在的普遍性錯誤
8 論文：An electrical model of a Carnot（發表在美國The Physics Teacher，April, 1998)
9 學術報告：Misunderstandings of extensive quantities in physics textbooks
10 論文：基於系統論的STEM課程設計策略
11 新聞報導：陳敏華和赫爾曼在紹興和渭南講學
12 新聞報導：陳敏華博士在德國KIT講學（一）
13 新聞報導：陳敏華博士在德國KIT講學（二）
14 論文：「讀Physics For All」發表在「興華科學教育網」：https://www.risechina.org/17558
15 新聞報導：陳敏華與赫爾曼學術活動集錦（視頻）
16. 譯文：阿倫斯科學素養12條
17. 論文：愛因斯坦的一個錯誤
18. 新聞報導：陳敏華在北京交通大學附屬中學講學
19. 國旗下講話：用第三隻眼睛看世界
20. 論文：Comment on "A new perspective of how to understand entropy in thermodynamics"被在英國皇家物理學會IOP期刊Physics Education錄用
21. 論文Comment on "A new perspective of how to understand entropy in thermodynamics"正式發表在Physics Education，2021（2）
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我國普通高中物理教科書中的錯誤
陳敏華
I 總論
II 必修第一冊中的錯誤
錯誤#1：混淆時刻和時間
錯誤#2：混淆物理量和它們的絕對值
錯誤#3：缺失引力場概念
錯誤#3：缺失引力場概念（修訂）