实验结论：巧妙揭示热功当量

2024-06-12 百科知识版权反馈

【摘要】：热功当量思维巧妙的实验结论人们对热的本质的研究在18世纪时走上了一条弯路。无独有偶，俄国物理学家楞次在四年之后，公布了他的大量实验结果，进一步验证了焦耳关于电流热效应结论的正确性。把两数进行比较就可以求出热功当量的准确值来。这个值就是当时被大家公认为的热功当量。热功当量实验仪热爱实验的焦耳焦耳天资聪明，喜欢读书，他虽没有接受过学校的正规教育，但他常常一边劳动一边认字，自学到不少知识。

热功当量　思维巧妙的实验结论

人们对热的本质的研究在18世纪时走上了一条弯路。当时，虽然曾有一些科学家对在物理学史上已经统治了一百多年的“热质说”产生过怀疑，但由于人们一直没有办法解决热和功的关系的问题，从而也就无从证明这种理论的错误性。而自学成才的英国物理学家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳，经过多年的不懈努力，最终为解决这一问题指出了方向。

焦耳头像

焦耳，全名詹姆斯·普雷斯科特·焦耳，是英国著名的物理学家。1818年12月24日，焦耳出生于英国曼彻斯特的索福特。他的父亲是一名酿酒厂厂主。焦耳并没有受到过正规的教育，自幼他便跟随父亲参加酿酒劳动。他青年时期，在别人的介绍下，有幸认识了著名的化学家道尔顿，从此焦耳在道尔顿热情的教导下开始虚心学习化学、数学和哲学等知识，而且最为重要的是，道尔顿教会了焦耳理论与实践相结合的科研方法，激发了焦耳在化学和物理方面的兴趣。这些都为焦耳后来的研究奠定了重要的基础。

在早期，焦耳主要研究的方向是电磁机，1837年，焦耳装成了用电池驱动的电磁机，他想用电磁机代替蒸汽机，以此来提高父亲酿酒厂的工作效率。但焦耳并没有达到他的最初目的，由于支持电磁机工作的电流来自锌电池，而锌的价格昂贵，因此用蒸汽机反而比用电磁机合算。虽然这次实践没有取得预想的成功，但是他却从中发现电流可以做功这个现象，这便激发了他进行深入研究的兴趣。

1840年，焦耳把环形线圈放入装水的试管内，测量不同电流和电阻时的水温。在这一实验中他发现：导体在一定时间内放出的热量与导体的电阻及电流的平方之积成正比。无独有偶，俄国物理学家楞次在四年之后，公布了他的大量实验结果，进一步验证了焦耳关于电流热效应结论的正确性。这条定律称为焦耳—楞次定律，以他们两个人命名，就是为了纪念他们在电流效应方面的贡献。

焦耳—楞次定律总结出以后，焦耳进一步设想电磁机的感生电流产生的热与电池电流产生的热在本质上应该是一致的。1843年，焦耳设计了一个新实验，在这个实验中，他完全否定了热质说。同时，这个实验也使焦耳想到了机械功与热的联系，经过反复的实验、测量，他终于测出了热功当量，但结果并不精确。

1843年8月21日，焦耳在英国学术会上报告了他的论文《论电磁的热效应和热的机械值》，在他的报告中提到，1千卡的热量相当于460千克米的功。由于报告没有得到支持和强烈的反响，焦耳意识到自己还需要进行更精确的实验。(www.chuimin.cn)

1847年，焦耳在量热器里装了水，中间安上带有叶片的转轴，然后让下降重物带动叶片旋转，由于叶片和水的摩擦，水和量热器都变热了。这是迄今为止，人们认为设计思想最巧妙的实验：根据量热器内水的升高的温度，就可以计算水的内能的升高值；根据重物下落的高度，可以算出转化的机械功。把两数进行比较就可以求出热功当量的准确值来。

焦耳实验装置简图

1849年，焦耳用摩擦使水变热的方法，测得了热功当量的平均值为423.9千克·米/千卡。后来，他不断改进实验方法，首先，他用鲸鱼油代替水来做实验，接着又用水银……直到1878年，他已前后用各种方法进行了四百多次的实验，所得的结果跟1849年的是相同的，即为423.9千克·米/千卡。这个值就是当时被大家公认为的热功当量。一个重要的物理常数的测定，能保持近40年而不作较大的更正，这在物理学史上也是极为罕见的事，而焦耳是最先用科学实验确立能量守恒定律的人，由于他在热学、电学和热力学方面的贡献，1866年，他曾被授予英国皇家学会柯普莱金质奖章。

热功当量实验仪

热爱实验的焦耳

焦耳天资聪明，喜欢读书，他虽没有接受过学校的正规教育，但他常常一边劳动一边认字，自学到不少知识。自从认识了化学家道尔顿教授，焦耳对自然科学，特别是实验科学产生了浓厚的兴趣。有一次，焦耳与哥哥一块找来一匹跛马，把电流通到马身上，马受到刺激便狂跳起来。焦耳记下电流的大小和马的狂跳程度，说这是用马来观察电击实验。还有一次，焦耳用火药枪发出的巨响做回声实验。为使响声更大些，他向枪膛中装了三倍的火药，结果枪口喷出的火焰把焦耳的眉毛都烧光了。

实验结论：巧妙揭示热功当量

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