最早测定热功当量的人焦耳的故事

2020-07-13 13:53:54 作者:

詹姆斯普雷斯科特焦耳是英国物理学家,1818年12月24日生于英国索尔福,他从小体弱不能上学,是一位自学成才的科学家。19世纪40年代, 他对当时很流行的“热质说”持怀疑 态度,认为热是能的一种形式,并为此 做了大量实验。

最早测定热功当量的人 焦耳的故事

焦耳最主要的贡献是他钻研并测定 了热和机械功之间的当量关系。自1840 年之后,焦耳多次发表文章,先后介绍了4种测定热功当量的方法,其中之一就是用通电金属丝放在水中加热。根据 电流做的功和水获得的热量来计算当量。他发现:通电导体所产生的热量,跟电流强度的平方、导休电姐和通电时间成正比。这就是后来以他的名字命名的焦耳定律。

关于热功当量关系最著名的是1847年发表的用摩擦加热液体的实验, 在这个实验中,焦耳测得热功当貴的平均值为423.9千克?米/千卡,和现 在公认值427千克?米/千卡非常接近。他近40年的研究工作,为热运动与 其他运动的相互转换,运动守恒等问题,提供了无可置疑的证据,焦耳因此成为能量守恒定律的发现者之一。

由于焦耳在热学、电学和热力学方面的贡献,1866年他被授予皇家学 会科普莱金质奖章。1872 到 1887年焦耳任英闻科学促进协会主席,1889年 10月11日在塞拉逝世。

詹姆斯·普雷斯科特·焦耳,FRS(James Prescott Joule;1818年12月24日-1889年10月11日),英国物理学家。他出生于曼彻斯特近郊的索尔福德。焦耳在研究热的本质时,发现了热和功之间的转换关系,并由此得到了能量守恒定律,最终发展出热力学第一定律。国际单位制导出单位中,能量的单位——焦耳,就是以他的名字命名。他和开尔文合作发展了温度的绝对尺度。他还观测过磁致伸缩效应,发现了导体电阻、通过导体电流及其产生热能之间的关系,也就是常称的焦耳定律。

詹姆斯·普雷斯科特·焦耳(jamesprescottjoule;1818年12月24日-1889年10月11日)英国物理学家。1818年12月24日生于索尔福。他父亲是酿酒厂的厂主。焦耳从小体弱不能上学,在家跟父亲学酿酒,并利用空闲时间自学化学、物理。他很喜欢电学和磁学,对实验特别感兴趣。

青年时期,在别人的介绍下,焦耳认识了着名的化学家道尔顿。道尔顿给予了焦耳热情的教导。焦耳向他虚心的学习了数学、哲学和化学,这些知识为焦耳后来的研究奠定了理论基础。而且道尔顿教诲了焦耳理论与实践相结合的科研方法,激发了焦耳对化学和物理的兴趣,并在他的鼓励下决心从事科学研究工作。后来成为英国曼彻斯特的一位酿酒师和业余科学家。焦耳可以说是一位靠自学成才的杰出的科学家。

焦耳最早的工作是电学和磁学方面的研究,后转向对功热转化的实验研究。1840年,焦耳把环形线圈放入装水的试管内,测量不同电流强度和电阻时的水温。12月焦耳在英国皇家学会上宣读了关于电流生热的论文,提出电流通过导体产生热量,通电导体所发出的热量与电流强度、导体电阻和通电时间的关系,此即焦耳定律。由于不久之后,俄国物理学家楞次也独立发现了同样的定律,该定律也称为焦耳-楞次定律。

1866年由于他在热学、电学和热力学方面的贡献,被授予英国皇家学会柯普莱金质奖章。由于他在热学、热力学和电方面的贡献,皇家学会授予他最高荣誉的科普利奖章(copleymedal)。后人为了纪念他,把能量或功的单位命名为“焦耳”,简称“焦”;并用焦耳姓氏的第一个字母“j”来标记热量。

焦耳的趣闻轶事

1.精确的测量值在几十年里不作大修正

焦耳是一位主要靠自学成才的科学家,他对物理学做出重要贡献的过程不是一帆风顺的。1843年8月,在考尔克的一次学术报告会上,焦耳作了题为《论磁电的热效应和热的机械值》的报告。他在报告中提出热量与机械功之间存在着恒定的比例关系,并测得热功当量值为1千卡热量相当于460千克米的机械功。这一结论遭到当时许多物理学家的反对。

为了证明这个发现是成功的,焦耳以极大的毅力,采用不同的方法,长时间地反复进行实验。1843年末,焦耳通过摩擦作用测得热功当量是424.9千克米/千卡1千克米=9.8焦耳。1844年通过对压缩空气做功和空气温度升高的关系的实验,测得热功当量是443.8千克米/千卡。尤其在1847年,焦耳精心地设计了一个著名的热功当量测定装置,也就是用下降重物带动叶桨旋转的方法,搅拌水或其他液体产生热量。焦耳用水和鲸油作搅拌液,分别测量,然后取平均值,得到热功当量平均值是428.9千克米/千卡。1849年6月21日,焦耳给英国伦敦皇家学会报告了这个结果。从1849到1878年,焦耳反复作了四百多次实验,所得的热功当量值几乎都是423.9千克米/千卡,这和现在公认值427千克米/千卡相比,只小0.7%。焦耳用惊人的耐心和巧夺天工的技术,在当时的实验条件下,测得的热功当量值能够在几十年时间里不作比较大的修正,这在物理学史上也是空前的。难怪威廉·汤姆孙称赞说:“焦耳具有从观察到的极细微的效应中作出重大结论的胆识,具有从实验中逼出精度来的高度技巧,充分得到人们的赏识和钦佩。”

2.坚持不懈终将获得公认

1845年在剑桥召开的英国科学协会学术会议上,焦耳又一次作了热功当量的研究报告,宣布热是一种能量形式,各种形式的能量可以互相转化。但是焦耳的观点遭到与会者的否定,英国伦敦皇家学会拒绝发表他的论文。1847年4月,焦耳在曼彻斯特作了一次通俗讲演,充分地阐述了能量守恒原理,但是地方报纸不理睬,在进行了长时间的交涉之后,才有一家报纸勉强发表了这次讲演。同年6月,在英国科学协会的牛津会议上,焦耳再一次提出热功当量的研究报告,宣传自己的新思想。会议主席只准许他作简要的介绍。只是由于威廉·汤姆孙在焦耳报告结束后作了即席发言,他的新思想才引起与会者的重视。直到1850年,焦耳的科学结论终于获得了科学界的公认。

3.要科学,不要永动机

焦耳在探索科学真理的道路上,也走过弯路。他年轻的时候,正是“永动机热”席卷欧洲的时代,许多人钻进了永动机的迷宫,妄想制造出一种不消耗能量永远做功的机器。焦耳也是个“永动机迷”,曾经狂热地追求过永动机,几乎消磨了他全部的业余时间。他通宵达旦地冥思苦索、设计方案、制作机件,但是没有一个是成功的。失败引起了焦耳的深思,为什么乍一看设计上几乎无懈可击的机器,做出来却总是一堆废物?焦耳没有象有些人那样,明明进入了迷宫,还以为走进了科学的殿堂,碰了壁也不回头。他吸取教训,迷途知返,毅然退出了幻想的迷宫,转向脚踏实地的科学研究,探求隐藏在失败背后的科学真谛。经过勤奋实践,他终于找到了热功当量,为建立能量守恒定律作出了杰出的贡献。这个定律好比一块路标,插在寻找永动机的十字路口,警告迷途人:此路不通!据说焦耳还现身说法,语重心长地告诫那些仍旧迷恋永动机的人说:“不要永动机,要科学!”