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[!--downpath--]焦耳十八世紀(jì)，人們對(duì)熱的本質(zhì)的研究走上了一條彎路，“熱質(zhì)說(shuō)”在數(shù)學(xué)學(xué)史上統(tǒng)治了一百多年。似乎曾有一些科學(xué)家對(duì)這些錯(cuò)誤理論形成過(guò)懷疑，但人們?nèi)匀粵](méi)有辦法解決熱和功的關(guān)系的問(wèn)題，是日本自學(xué)成才的化學(xué)學(xué)家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳為最終解決這一問(wèn)題強(qiáng)調(diào)了公路。焦耳(1818-1889)1818年12月24日生于法國(guó)格拉斯哥，他的兒子是一個(gè)釀酒廠主。焦耳自幼追隨母親出席釀酒勞動(dòng)，沒(méi)有受過(guò)正規(guī)的教育。青年時(shí)期，在他人的介紹下，焦耳認(rèn)識(shí)了知名的物理家道爾頓。道爾頓給與了焦耳熱情的教導(dǎo)。焦耳向他誠(chéng)懇學(xué)習(xí)了物理、哲學(xué)和物理，這種知識(shí)為焦耳后來(lái)的研究奠定了理論基礎(chǔ)。并且道爾頓教誨了焦耳理論與實(shí)踐相結(jié)合的科研方式，迸發(fā)了焦耳對(duì)物理和化學(xué)的興趣。焦耳最初的研究方向是電磁機(jī)，他想將女兒的釀酒廠中應(yīng)用的蒸氣機(jī)替換成電磁機(jī)以提升工作效率。1837年，焦耳裝成了用電瓶驅(qū)動(dòng)的電磁機(jī)，但因?yàn)橹С蛛姶艡C(jī)工作的電壓來(lái)自鋅電板，而鋅的價(jià)錢高昂，用電磁機(jī)反倒不如用蒸氣機(jī)合算。焦耳的最初目的似乎沒(méi)有達(dá)到，但他從實(shí)驗(yàn)中發(fā)覺(jué)電壓可以做功，這迸發(fā)了他進(jìn)行深入研究的興趣。
1840年，焦耳把環(huán)型線圈倒入裝水的試管內(nèi)，檢測(cè)不同電壓硬度和內(nèi)阻時(shí)的溫度。通過(guò)這一實(shí)驗(yàn)，他發(fā)覺(jué)：導(dǎo)體在一定時(shí)間內(nèi)放出的熱量與導(dǎo)體的阻值及電壓硬度的平方之積成反比。四年以后，俄羅斯化學(xué)學(xué)家楞次公布了他的大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因而進(jìn)一步驗(yàn)證了焦耳關(guān)于電壓熱效應(yīng)之推論的正確性。因而，該定理稱為焦耳—楞次定理。焦耳總結(jié)出焦耳—楞次定理之后，進(jìn)一步構(gòu)想電瓶電壓形成的熱與電磁機(jī)的感生電壓形成的熱在本質(zhì)上應(yīng)當(dāng)是一致的。1843年，焦耳設(shè)計(jì)了一個(gè)新實(shí)驗(yàn)。將一個(gè)小線圈繞在鐵芯上，用電壓計(jì)檢測(cè)感生電壓，把線圈置于裝水的容器中，檢測(cè)溫度以估算熱量。這個(gè)電路是完全封閉的，沒(méi)有外界電源供電，溫度的下降只是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能、電能又轉(zhuǎn)化為熱的結(jié)果，整個(gè)過(guò)程不存在熱質(zhì)的轉(zhuǎn)移。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全否定了熱質(zhì)說(shuō)。上述實(shí)驗(yàn)也使焦耳想到了機(jī)械功與熱的聯(lián)系，經(jīng)過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)、測(cè)量，焦耳總算測(cè)出了熱功當(dāng)量，但結(jié)果并不精確。1843年8月21日在美國(guó)學(xué)術(shù)會(huì)上焦耳定律單位是啥，焦耳報(bào)告了他的論文《論電磁的熱效應(yīng)和熱的機(jī)械值》，他在報(bào)告中說(shuō)1卡路里的熱量相當(dāng)于460千克米的功。他的報(bào)告沒(méi)有得到支持和強(qiáng)烈的反響，這時(shí)他意識(shí)到自己還須要進(jìn)行更精確的實(shí)驗(yàn)。
1844年，焦耳研究了空氣在膨脹和壓縮時(shí)的氣溫變化，他在這方面取得了許多成就。通過(guò)對(duì)二氧化碳分子運(yùn)動(dòng)速率與氣溫的關(guān)系的研究，焦耳估算出了二氧化碳分子的熱運(yùn)動(dòng)速率值，從理論上奠定了波義耳—馬略特和蓋—呂薩克定理的基礎(chǔ)，并解釋了二氧化碳對(duì)器壁壓力的實(shí)質(zhì)。焦耳在研究過(guò)程中的許多實(shí)驗(yàn)是和知名化學(xué)學(xué)家威廉·湯姆生（后來(lái)受封為開爾文侯爵）共同完成的。在焦耳發(fā)表的九十七篇科學(xué)論文中有二十篇是她們的合作成果。當(dāng)自由擴(kuò)散二氧化碳從高壓容器步入低壓容器時(shí)，大多數(shù)二氧化碳和空氣的濕度都要增長(zhǎng)焦耳定律單位是啥，這一現(xiàn)象就是三人共同發(fā)覺(jué)的。這一現(xiàn)象后來(lái)被稱為焦耳—湯姆生效應(yīng)。無(wú)論是在實(shí)驗(yàn)方面，還是在理論上，焦耳都是從分子動(dòng)力學(xué)的立場(chǎng)出發(fā)進(jìn)行深入研究的先驅(qū)者之一。