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热爱实验的焦耳与热功当量

作者: 鬼叔 更新时间: 2020年01月12日 20:28:25 游览量: 116

  焦耳生于1818年12月24日,是19世纪英国的物理学家。焦耳的父亲是酿酒厂的厂主,焦耳5岁时,医生发现他的脊柱侧弯。以后7年,他多次在医院接受矫正。身体的缺陷使焦耳休学在家,并利用空闲时间自学化学、物理。之后,他有机会结识了当时的化学家道尔顿,于是他就拜道尔顿为师,虚心求教,逐渐走上了科学实验的路。

  焦耳后来以实验精确著名,但初期的实验并不顺利。一次,他研究伏特电池时,曾因为漏电将一匹马差点电死,也曾将一个酿酒厂的工人电晕。还有一次在研究回声测距时,被射出的火药烧光了眉毛。

  焦耳一生的大部分时间是在实验室中度过的。1840年,焦耳多次做过通电导体发热的实验。他把通电的电阻丝放入水中,确定了电流产生的热量跟电流强度的平方成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电的时间成正比的关系,这个规律就叫焦耳定律。

  在这一发现的基础上,焦耳继续探讨各种运动形式之间的能的数量和转换的关系。1843年,焦耳宣布:自然界的能是不能毁灭的,哪里消耗了机械能,总能得到相当的热,热只是能的一种形式。这一结论在当时立刻引起轰动。因为它打破了统治多年的所谓热质说的机械唯物论观念。

  1847年,焦耳做了迄今仍被认为是最好的实验:他在量热器里装了水,中间安上带有叶片的转轴,然后让下降的重物带动叶片旋转,由于叶片和水的摩擦,水和量热器都变热了。根据重物下落的高度,以及量热器内水升高的温度,就可以计算出热功当量的值来。

  焦耳还用鲸鱼油代替水来做实验,测得了热功当量的平均值为428.9千克重米/千卡。接着又用水银来代替水,不断改进实验方法,直到1878年,这时距他开始进行这一工作将近30年,他已前后用各种方法进行了400多次实验。他在1847年用摩擦使水变热的方法所得的结果跟1878年的实验结果是相同的,即为423.9千克重米/千卡。一个重要的物理常数的测定,能保持30年而不作较大的更正,这在物理学史上也是极为罕见的事。这个值当时被大家公认为热功当量J的值,它比现在的J的公认值:427千克重米/千卡约小0.7%。在当时的条件下,能做出这样精确的实验来,说明焦耳的实验技能十分高超。

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