熱功等效背景知識(shí)
18世紀(jì)，人們對(duì)熱本質(zhì)的研究走了彎路，“熱量質(zhì)量論”統(tǒng)治了數(shù)學(xué)史一百多年。 似乎有些科學(xué)家對(duì)這些錯(cuò)誤的理論產(chǎn)生了懷疑，但人們?nèi)匀粵]有辦法解決熱與功之間的關(guān)系問(wèn)題。 最終解決這個(gè)問(wèn)題的是日本自學(xué)成才的化學(xué)家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳。 強(qiáng)調(diào)公路。熱工相當(dāng)于個(gè)人簡(jiǎn)歷
焦耳（.Joule，1818-1889），美國(guó)化學(xué)家。 他是第一個(gè)利用科學(xué)實(shí)驗(yàn)建立能量守恒和轉(zhuǎn)化理論的人。 1818年12月24日，焦耳出生于法國(guó)格拉斯哥索托約。 他的父親是一家啤酒廠老板。 焦?fàn)枏男「S母親參加釀酒勞動(dòng)，沒有受過(guò)正規(guī)教育。
年輕時(shí)，在別人的介紹下，焦耳結(jié)識(shí)了著名物理學(xué)家道爾頓。 道爾頓給予焦耳熱情的指導(dǎo)。 焦耳真誠(chéng)地向他學(xué)習(xí)了物理學(xué)、哲學(xué)和物理，這些知識(shí)為焦耳后來(lái)的研究奠定了理論基礎(chǔ)。 而道爾頓則向焦耳傳授了理論與實(shí)踐相結(jié)合的科學(xué)研究方法，激發(fā)了焦耳對(duì)物理和數(shù)學(xué)的興趣。熱功等效入門經(jīng)歷
焦耳最初的研究方向是電磁機(jī)。 他想把女兒酒廠使用的蒸汽機(jī)換成電磁機(jī)，以提高工作效率。 1837 年，焦耳作為由電池驅(qū)動(dòng)的電磁機(jī)器被安裝。 但由于支持電磁機(jī)運(yùn)行的電壓來(lái)自于鋅電板，且鋅的價(jià)格較高，所以使用電磁機(jī)比使用蒸汽機(jī)更劃算。 焦耳最初的目的似乎沒有達(dá)到，但他從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)電壓可以做功，這激發(fā)了他進(jìn)一步研究的興趣。熱當(dāng)量測(cè)試過(guò)程
1840年，焦耳將環(huán)形線圈倒入盛有水的試管中，檢測(cè)不同電壓硬度和內(nèi)阻下的溫度。 通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，他發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體在一定時(shí)間內(nèi)釋放的熱量與導(dǎo)體的電阻值和電壓硬度的平方的乘積成反比。 四年后，俄羅斯化學(xué)家楞次發(fā)表了大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)一步驗(yàn)證了焦耳關(guān)于電壓熱效應(yīng)推論的正確性。 因此，這個(gè)定理稱為焦耳-楞次定理。
焦耳總結(jié)出焦耳-楞次定理后，進(jìn)一步設(shè)想電池電壓形成的熱量和電磁機(jī)感應(yīng)電壓形成的熱量本質(zhì)上應(yīng)該是一致的。 1843年，焦耳設(shè)計(jì)了一項(xiàng)新實(shí)驗(yàn)。 在鐵芯上繞一個(gè)小線圈，用電壓表檢測(cè)感應(yīng)電壓，將線圈放入盛有水的容器中功的物理意義功的物理意義，測(cè)量溫度來(lái)估算熱量。 該電路是完全封閉的，沒有外接電源，溫度下降只是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，電能轉(zhuǎn)化為熱能的結(jié)果，內(nèi)部不存在熱質(zhì)傳遞。整個(gè)過(guò)程。 這個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果完全否定了熱量質(zhì)量理論。
上述實(shí)驗(yàn)也讓焦耳想到了機(jī)械功與熱量的關(guān)系。 經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)和測(cè)量，焦耳最終測(cè)出了熱功當(dāng)量，但結(jié)果并不準(zhǔn)確。 1843年8月21日，焦耳在美國(guó)科學(xué)院報(bào)告了他的論文《論電磁的熱效應(yīng)和熱量的機(jī)械值》，文中他說(shuō)1卡路里的熱量相當(dāng)于460千克米的功。 他的報(bào)告沒有得到支持和強(qiáng)烈反響，此時(shí)他意識(shí)到自己還需要進(jìn)行更精確的實(shí)驗(yàn)。
1844年，焦耳研究了空氣膨脹和壓縮時(shí)的溫度變化，并在這一領(lǐng)域取得了許多成就。 通過(guò)研究二氧化碳分子的運(yùn)動(dòng)速率與濕度的關(guān)系，焦耳估計(jì)了二氧化碳分子的熱運(yùn)動(dòng)速率的值，從理論上為波伊爾-馬里奧特和蓋-呂薩克定理奠定了基礎(chǔ)，并解釋了實(shí)質(zhì)上是二氧化碳對(duì)墻壁的壓力。 焦耳在研究過(guò)程中的許多實(shí)驗(yàn)都是與著名化學(xué)家威廉·湯姆森（后來(lái)被稱為開爾文侯爵）一起進(jìn)行的。 Joule 的 97 篇科學(xué)論文中有 20 篇是他們合作的成果。 當(dāng)自由擴(kuò)散的二氧化碳從高壓容器移動(dòng)到低壓容器時(shí)，大部分二氧化碳和空氣濕度都會(huì)增加，這是三者共同發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象。 這種現(xiàn)象被稱為焦耳-湯姆遜效應(yīng)。
無(wú)論是在實(shí)驗(yàn)上還是理論上，焦耳都是從分子動(dòng)力學(xué)角度進(jìn)行深入研究的先驅(qū)之一。
在從事這項(xiàng)研究的同時(shí)，焦耳并沒有停止熱功當(dāng)量的檢測(cè)。 1847年，焦耳做了迄今為止設(shè)計(jì)思維最巧妙的實(shí)驗(yàn)：他把量熱計(jì)裝滿水，安裝一根中間有莖的旋轉(zhuǎn)軸，然后讓不斷增長(zhǎng)的重量推動(dòng)莖旋轉(zhuǎn)，因?yàn)榍o和隨著由于水的摩擦，水和熱量計(jì)都會(huì)變熱。 根據(jù)重物的下落高度，可以計(jì)算出換算的機(jī)械功； 根據(jù)熱量計(jì)中水的溫度下降，可以估算出水的內(nèi)能下降值。 通過(guò)比較這兩個(gè)數(shù)字，可以獲得熱功當(dāng)量的準(zhǔn)確值。
焦耳還用海豚油代替水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)得平均熱功當(dāng)量為423.9千克·米/卡路里。 隨后用汞代替水，實(shí)驗(yàn)方法不斷改進(jìn)，直到1878年，也就是他開始這項(xiàng)工作近40年后。 他以各種方式進(jìn)行了400多次實(shí)驗(yàn)。 1849年他利用摩擦加熱水得到的結(jié)果與1878年相同，為423.9千克·米/卡。 一個(gè)重要的數(shù)學(xué)常數(shù)的測(cè)定能夠保持30年而不進(jìn)行重大修正，這在數(shù)學(xué)史上是極其罕見的。這個(gè)值被你認(rèn)為是熱功當(dāng)量