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[!--downpath--]焦耳定理的發覺焦耳定理的發覺2011年11月03日本知名化學學家，十八世紀，人們對熱的本質的研究走上了一條彎路，“熱質說”在數學學史上統治了一百多年。似乎曾有一些科學家對這些錯誤理論形成過懷疑，但人們仍然沒有辦法解決熱和功的關系的問題，是日本自學成才的化學學家詹姆斯普雷斯科特焦耳(終解決這一問題強調了公路。焦耳1818年12月24日生于法國格拉斯哥，他的兒子是一個釀酒廠主。焦耳自幼追隨母親出席釀酒勞動，沒有受過正規的教育。青年時期，在他人的介紹下，焦耳認識了知名的物理家道爾頓。道爾頓給與了焦耳熱情的教導。焦耳向他誠懇學習了物理、哲學和物理，這種知識為焦耳后來的研究奠定了理論基礎。并且道爾頓教誨了焦耳理論與實踐相結合的科研方式，迸發了焦耳對物理和化學的興趣。焦耳最初的研究方向是電磁機，他想將女兒的釀酒廠中應用的蒸氣機替換成電磁機以提升工作效率。1837年，焦耳裝成了用電瓶驅動的電磁機，但因為支持電磁機工作的電壓來自鋅電板，而鋅的價錢高昂，用電磁機反倒不如用蒸氣機合算。焦耳的最初目的似乎沒有達到，但他從實驗中發覺電壓可以做功，這迸發了他進行深入研究的興趣。
1840年，焦耳把環型線圈倒入裝水的試管內，檢測不同電壓硬度和內阻時的溫度。通過這一實驗，他發覺：導體在一定時間內放出的熱量與導體的阻值及電壓硬度的平方之積成反比。四年以后，俄羅斯化學學家楞次公布了他的大量實驗結果，因而進一步驗證了焦耳關于電壓熱效應之推論的正確性。因而，該定理稱為焦耳—楞次定理。焦耳總結出焦耳—楞次定理之后，進一步構想電瓶電壓形成的熱與電磁機的感生電壓形成的熱在本質上應當是一致的。1843年，焦耳設計了一個新實驗。將一個小線圈繞在鐵芯上，用電壓計檢測感生電壓，把線圈置于裝水的容器中，檢測溫度以估算熱量。這個電路是完全封閉的，沒有外界電源供電，溫度的下降只是機械能轉化為電能、電能又轉化為熱的結果，整個過程不存在熱質的轉移。這一實驗結果完全否定了熱質說。上述實驗也使焦耳想到了機械功與熱的聯系，經過反復的實驗、測量，焦耳總算測出了熱功當量，但結果并不精確。1843月21日在美國學術會上，焦耳報告了他的論文《論電磁的熱效應和熱的機械值》，他在報告中說1卡路里的熱量相當于460千克米的功。他的報告沒有得到支持和強烈的反響，這時他意識到自己還須要進行更精確的實驗。1844年，焦耳研究了空氣在膨脹和壓縮時的氣溫變化焦耳定律的實驗裝置，他在這方面取得了許多成就。
通過對二氧化碳分子運動速率與氣溫的關系的研究，焦耳估算出了二氧化碳分子的熱運動速率值，從理論上奠定了波義耳—馬略特和蓋—呂薩克定理的基礎，并解釋了二氧化碳對器壁壓力的實質。焦耳在研究過程中的許多實驗是和知名化學學家威廉湯姆生（后來受封為開爾文侯爵，既JJ湯姆遜）共同完成的。在焦耳發表的九十七篇科學論文中有二十篇是她們的合作成果。當自由擴散二氧化碳從高壓容器步入低壓容器時，大多數二氧化碳和空氣的濕度都要增長，這一現象就是三人共同發覺的。這一現象后來被稱為焦耳—湯姆生效應。無論是在實驗方面，還是在理論上，焦耳都是從分子動力學的立場出發進行深入研究的先驅者之一。在從事這種研究的同時，焦耳并沒有間斷對熱功當量的檢測。1847焦耳做了迄今覺得是設計思想最巧妙的實驗：他在量熱器里裝了水，中間安上帶有莖稈的轉軸，之后讓增長重物推動莖稈旋轉，因為莖稈和水的磨擦，水和量熱器都變熱了。按照重物下落的高度，可以算出轉化的機械功；按照量熱器內水的下降的氣溫，就可以估算水的內能的下降值。把兩數進行比較就可以求出熱功當量的確切值來。焦耳還用海豚油替代水來作實驗，測得了熱功當量的平均值為423.9千克米/卡路里。接著又用水銀來取代水，不斷改進實驗方式，直至1878時距他開始進行這一工作將近四六年了，他已前后用各類方式進行了四百多次的實驗。
他在1849年用磨擦使水變熱的方式所得的結果跟1878年的是相同的，即為423.9千克重米/卡路里。一個重要的數學常數的測定，能保持三六年而不作較大的更正，這在數學學史上也是極為罕見的事。這個值當時被你們公覺得熱功當量J的值，它比現今J的公認值——427千克米/卡路里約小0.7%。在當時的條件下，能作出這樣精確的實驗來，說明焦耳的實驗技能是多么的精湛啊！但是，當焦耳在1847年的法國科學學會的大會上再度公布自己的研究成果時，他還是沒有得到支持，好多科學家都懷疑他的推論，覺得各類方式的能之間的轉化是不可能的。直至1850年，其他一些科學家用不同的方式獲得了能量守恒定理和能量轉化定理，她們的推論和焦耳相同，這時焦耳的工作才得到承認。1850年，焦耳憑著他在數學學上做出的重要貢獻成為日本皇家學會會員。當時他三十二歲。三年后他接受了皇家勛章。許多外國科大學也給與他很高的榮譽。其實焦耳不斷進行著他的實驗檢測工作，遺憾的是，他的科學創造性，非常是在數學概念方面的創造性，過早地就減輕了。1875年，日本科學商會委托他更精確地檢測熱功當量。他得到的結果是4.15，十分接近目前采用的卡＝4.184焦耳。1875年，焦耳的經濟狀況大不如前。
那位以前頗具過但卻沒有一定職位的人發覺自己在經濟上處于窘境，幸好他的同事幫他弄到一筆每年200美元的養老金，使他得以維持中等但舒適的生活。五十五歲時，他的健康狀況惡化，研究工作減弱了。1878年當他六十歲時，焦耳發表了他的最后一篇論文。1878年，焦耳退職。焦耳活到了七十一歲。1889年10月11日，焦耳在索豐田去世。后人為了記念焦耳，把功和能的單位定為焦耳。在逝世前三年，焦耳對他的兒子的說，“我一生只做了兩三件事，沒有哪些值得顯擺的。”相信對于大多數化學學家，她們只要才能做到這種小事中的一件也都會很滿意了。焦耳的謙卑是極其誠摯的。很可能焦耳定律的實驗裝置，假如他曉得了在威斯敏斯特修道院為他建造了記念碑，并以他的名子命名能量單位，他將會倍感驚奇的，即使后人決不會倍感驚奇。