最早测定热功量的人 英国物理学家焦耳

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最早测定热功量的人是谁?詹姆斯·普雷斯科特·焦耳(James Prescott Joule,1818年12月24日—1889年10月11日),出生于曼彻斯特近郊的沙弗特,英国物理学家,英国皇家学会会员。究竟是怎么回事你知道吗?我们一起来看看了解详细内容最早测定热功量的人等相关内容。

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人物经历

家世背景

詹姆斯·普雷斯科特·焦耳(James Prescott Joule)1818年12月24日出生于英格兰北部曼彻斯特近郊的沙弗特(Salford)。

他的父亲是本杰明·焦耳(Benjamin Joule,1784-1858),一个富有的酿酒师(Brewing),他的母亲为爱丽丝·普雷斯科特·焦耳(Alice Prescott Joule)。

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焦耳出生时他们家在索尔福德的新贝利街,与他家的啤酒厂毗邻。焦耳在年幼时因为身体健康原因一直在索尔福德附近彭德尔伯里(Pendlebury)的一个家庭学校里就学。

焦耳自幼跟随父亲参加酿酒劳动,没有受过正规的教育。青年时期,在别人的介绍下,焦耳认识了著名的化学家道尔顿。道尔顿给予了焦耳热情的教导,教给了他数学、哲学和化学方面的知识,这些知识为焦耳后来的研究奠定了理论基础。而且道尔顿教会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。

学习生涯

1840年他的第一篇重要的论文于被送到英国皇家学会,当中指出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,即焦耳定律。焦耳提出能量守恒与转化定律:能量既不会凭空消失,也不会凭空产生,它只能从一种形式转化成另一种形式,或者从一个物体转移到另一个物体,而能的总量保持不变,奠定了热力学第一定律(能量不灭原理)之基础。

1834年,16岁的焦耳和他的哥哥本杰明被送到曼彻斯特文学与哲学学会(Manchester Literary and Philosophical Society)的道尔顿的门下学习。焦耳兄弟俩跟随道尔顿学习了两年算术和几何。后来道尔顿因中风而退休。但是跟随道尔顿的这段经历影响了焦耳的一生。焦耳后来又受约翰·戴维斯(John Davies(lecturer))指导。焦耳兄弟俩对电学非常着迷,曾经实验过相互电击,还拿家里的仆人们做过实验。

焦耳在受道尔顿指导期间,于1835年进入曼彻斯特大学就读。毕业后开始参加经营自家的啤酒厂,直到1854年卖出啤酒厂,他在经营上都一直很活跃。科学开始只是焦耳的一个爱好,直到后来他开始研究用新发明的电动机来替换啤酒厂的蒸汽机的可行性。

1838年,他的第一篇关于电学的科学论文被发表在《电学年鉴》(Annals of Electricity)上。这份学术期刊是由戴维斯的同事威廉·斯特金(William Sturgeon)创办和主持的。

1840年,他得出了焦耳定律的公式,本来准备让皇家学会大吃一惊的,可后来发现自己被仅仅当作乡下的业余爱好者。当斯特金在1840年搬到曼彻斯特后,他和焦耳成为了这个城市知识分子的核心。他俩同感,科学和神学应该并且可能整合在一起。焦耳开始在斯特金的皇家维多利亚实践科学讲座(Royal Victoria Gallery of Practical Science)上开办讲座。

他后来认识到,在蒸汽机烧1磅煤所产生的热量是在革若夫电池(英语:Grove cell)(一种早期的电池)里消耗1磅锌所发出热量的5倍。焦耳对“经济负荷”(economical duty)的通常标准是,将1磅重量抬升1英尺的能力,即英尺-磅(英语:Foot-pound(energy))。

焦耳被弗朗兹·艾皮努斯(Franz Aepinus)的想法所影响,试图用被“振动形态的热质以太(calorific ether in a state of vibration)”所环绕的原子来解释电学和磁。

然而焦耳的兴趣从有关可以从给定来源提取多少功这样的狭隘的经济问题开始转向,最终到思考能量的可转换性。

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1883年他发表了一些实验结果,显示他在1841年所定量化的热效应是因为导体本身的发热,而不是从装置其他部分传来的热量。这个结论对当时的热质说是一个直接的挑战。热质说认为,热量既不能被创造,也不能被销毁。自从被拉瓦锡在1783年提出后,热质说一直是热学领域的主导性的理论。拉瓦锡的影响力再加上尼古拉·卡诺自1824年所提出的关于热机的热质理论在实践中的成功,使得既不在学术界又不在工程界的年轻的焦耳看起来前途坎坷。热质说的支持者准备指出,热电效应的对称性说明热能和电能是(至少大约)可以被一个可逆过程所相互转化的。

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