视频


“热”的发展简史

培根

培根从摩擦生热等现象中得出“热是一种膨胀的、被约束的而在其斗争中作用于物体的较小粒子之上的运动”,这种看法影响了许多科学家。

波义耳

波义耳看到铁钉被捶击后会生热,想到铁钉内部产生了强烈的运动,所以认为热是“物体各部分发生强烈而杂乱的运动”;笛卡尔把热看作是物质粒子的一种旋转运动。胡克用显微镜观察了火花,认为热“并不是什么其他的东西,而是一个物体的各个部分的非常活跃和极其猛烈的运动。”牛顿也指出物体的粒子“因运动而发热”。洛克甚至还认识到“极度的冷是不可觉察的粒子的运动的停止”。

波义耳动摇于热的运动说和热质说之间。在考察放在真空容器中的一块炽热的铁可以使器壁感受到热的现象时,他认为这似乎只能用“热”自己传过来加以解释。波尔哈夫认为,热的本源是钻在物体细孔中的、具有高度可产塑性和贯穿性的物质粒子,它们没有重量,彼此间有排斥性,而且弥漫于全宇宙。1789年,拉瓦锡还将“热质”和“光”列入无机界二十三种“元素”之中。

罗蒙诺索夫

俄国学者罗蒙诺索夫在十八世纪四十年代提出了两篇关于物理学的论文,第一篇是关于热力学基础的,题为《关于热和冷的原因的思索》(1746);第二篇是关于分子运动论的,题为《试论空气的弹力》(1748)。

布莱克

布莱克是热质说的一个重要倡导者。他虽然相信最终会发生现热“将不是化学的,而是力学的”,但他又很难否定热质说。他觉得热是运动的学说还有不少困难。例如,如果说热是物质内部粒子的运动,那么密度大的物质由于其内部粒子吸引力强而不易振动,比热就应越大,但为何水银的比热反而比水的比热小呢?对于“潜热”,用粒子的机械运动更难作出解释。所以布莱克宣称他“不能形成这种内部振动的概念”,而采取了热是某种特殊物质的观点。

本杰明·汤普逊

但是,到了十八世纪末,热质说受到了严重的挑战。1798年,出生于美国,后来加入英国国籍的物理学家本杰明·汤普逊即伦福德伯爵向英国皇家学会提出了一个报告,说他在慕尼黑监督炮筒钻孔工作时,注意到炮筒温度升高,钻削下的金属屑温度更高的现象,他提出了大量的热是从哪里来的这个问题。他在尽量作到绝热的条件下进行了一系列钻孔实验,比较了钻孔前后金属和碎屑的比热,发现钻磨不会改变金属的比热。他还用很钝的钻头钻炮筒,半小时后炮筒从60度F升温到130度F,金属碎屑只有五十多克,相当于炮筒质量的九百四十八分之一,这一小部分碎屑能够放出这么大的“潜热”吗?他在笔记中写道:“看来在这些实验中,由摩擦产生热的源泉是不可穷尽的。不待说,任何与外界隔绝的物体或物体系,能够无限制地提供出来的东西,决不可能是具体的物质实体;在我看来,在这些实验中被激发出来的热,除了把它看作是‘运动’以外,似乎很难把它看作为其他任何东西。”

戴维

六年以后,热质论者还在辩解说伦福德实验中的热是从周围的“热质海洋”中吸收来的。1799年,英国化学家戴维进行了这样的实验:在一个同周围环境隔离开来的真空容器里,利用钟表机件使里面的29度F的两块冰互相摩擦而熔解为水。在这个实验中,“热质海洋”被外面的冰壁隔绝,而摩擦的冰块只能吸收“潜热”熔解为水,是不可能挤出“潜热”的;冰在熔解后又变成了比热更大的水。因此,在这里,“热质守恒”的关系不再成立了。戴维由此断言“热质是不存在的”。在对粒子振动的思想犹豫了一段时间之后,1812年他终于明确提出:“热现象的直接原因是运动,它的转化定律和运动转化定律一样,同样是正确的。”

伦福德和戴维的实验都支持了热是运动的看法,但这并没有结束热质说的历史。只有托马斯·杨在他1807年的那本书中对热质说进行了驳斥。但依然有很多其他人坚持着热质说。直到1848年,W·汤姆逊还从热质说的观点对焦耳的研究结果提出过质疑。


扩展阅读



章节测验