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熱量以卡為單位時與功的單位之間的數目關系，相當于單位熱量的功的數目，稱作熱功當量。德國化學學家焦耳首先用實驗確定了這些關系，將這些關系表示為1卡（熱物理卡）=4.1840焦耳，即1卡路里熱量同427千克力·米的功相當，即熱功當量J=427千克力·米/卡路里=4.1840焦耳/卡。在國際單位制中規定熱量、功統一用焦耳作單位。
英文名
熱功當量
外文名
ofheat
單位
焦耳
公式
1卡（熱物理卡）=4.1840焦耳
釋義
熱量以卡為單位時與功的單位之間的數目關系
發明者
日本化學學家焦耳
目錄
123????4???5
熱功當量簡介播報
熱功當量
從下列兩點說明功和熱是相當量，而不是相等。
其二是在系統的內能發生同樣的變化中，既可以通過做功來完成，也可以通過傳遞熱量來完成。二者之間只是在作用于系統這一療效上是等效的，決不能等同上去。
其一是功和熱之間的轉換只有通過系統內能的變化能夠完成。脫離系統去談功和熱之間的直接轉換是不恰當的。雖然在宏觀上可能反映出系統的內能沒有發生變化，也不能得出熱可以變功或功可以變熱這樣簡單的推論。假如在轉換過程中，外界供給系統熱量，使系統全部拿來對外做功，實際是外界供給系統熱量，使系統的內能降低，同時系統對外做功，消耗了從外界獲得的能量。
功熱當量是熱功當量的倒數，它等于0.24卡/焦耳。[1]
熱功當量意義播報
焦耳熱功當量實驗
在沒有認識熱的本質曾經，熱量、功、能量的關系并不清楚，所以它們用不同的單位來表示。熱量的單位用千卡，簡稱卡。18世紀末，人們認識了熱與運動有關。這為后來焦耳研究熱與功的關系開辟了公路。焦耳覺得熱量和功應該有一定的當量關系，即熱量的單位卡和功的單位焦耳間有一定的數目關系。他從1840年開始，到1878年近40年的時間內，借助電熱量熱法和機械量熱法進行了大量的實驗，最終找出了熱和功之間的當量關系。假如用W表示電功或機械功焦耳定律的公式為，用Q表示這一切所對應的熱量，則功和熱量之間的關系可寫成W=JQ，J即為熱功當量。
在1843年，焦耳用電熱法測得的J值大概為4．568焦/卡；用機械方式測得的J值大概為4．165焦/卡。之后焦耳又分別在1845年、1847年、1850年公布了他進一步測定的結果，最后在1878年公布的結果為J=4．157焦/卡。之后隨著科學儀器的進一步發展，其他科學家又做了大量的驗證。公認的熱功當量值為：在化學學中J=4．1868焦/卡（其中的“卡”叫國際蒸氣表卡）；在物理中J=4．1840焦/卡（其中的“卡”叫熱物理卡）。
國際單位已統一規定功、熱量、能量的單位都用焦耳，熱功當量就不存在了。并且，熱功當量的實驗及其具體數據在化學學發展史上所起的作用是永遠存在的。焦耳的實驗為能量轉化與守恒定理奠定了基礎。
熱功當量發覺人播報
熱功當量背景知識
18世紀，人們對熱的本質的研究走上了一條彎路，“熱質說”在化學學史上統治了一百多年。其實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·焦耳為最終解決這一問題強調了公路。
熱功當量個人履歷
焦耳
焦耳（JamesP.Joule，1818年—1889年），美國化學學家。是最先用科學實驗確立能量守恒和轉化定理的人。1818年12月24日焦耳出生于法國格拉斯哥的索豐田，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。并且道爾頓教會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。
熱功當量入門經歷
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。
熱功當量試驗過程
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年8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，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·湯姆孫（后來受封為開爾文侯爵）共同完成的。在焦耳發表的97篇科學論文中有20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-湯姆孫效應。
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年，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做實驗，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年，這時距他開始進行這一工作將近40年了，他已前后用各類方式進行了400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·米/卡路里。一個重要的數學常數的測定，能保持30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
熱功當量測定方式播報
熱功當量目的要求
用電熱法測定熱功當量，以加深中學生對熱功當量數學意義的理解。
熱功當量儀器器材
熱功當量儀
量熱器（J2251型），濕度計（0－100℃），中學生電源（J1202型或J1202－1型），直流電壓表（J0407型或J0407－1型），直流電流表（J0408型或J0408－1型），滑動變阻器（J2354－1型），停表，中學生天平（J0104型），內阻絲（約6歐），液體（水或煤油），單刀開關（J2352型），導線若干。
熱功當量實驗技巧
1．用天平稱量出量熱器內筒及攪拌器的總質量m筒。之后向量熱器內筒注入水（或煤油），水的容積占內筒體積3/4左右。用天平稱出筒和水的總質量m，則m水=m－m筒。計入表中。
2．將量熱器內筒裝入外筒焦耳定律的公式為，內阻絲、攪拌器裝入水底，蓋上蓋板，連好電路。讀出量熱器系統初溫t1和溫度t0，均計入表中。
3．將中學生電源電流輸出選擇旋鈕撥至10伏擋或12伏擋，閉合開關同時啟動秒表記時，并迅速調節變阻器使電壓在1．5－2安培左右。之后要隨時觀察電壓表和調整變阻器，使電壓值保持穩定。通電過程中，不斷輕微攪拌水，以加速熱傳導。讀出電壓表和電流表的示數計入表中。
4．當體溫計示數低于溫度10－15℃時，斷掉開關，并同時停止計時。繼續攪拌水并觀察體溫計示數，當其示數最高時，讀出氣溫t2。把通電時間t、末溫t2計入表中。
焦耳熱功當量實驗
5．借助（1）、（2）、（3）式和實驗數據求出熱功當量（有關比熱查比熱表），與公認值比較，求出百分偏差。
熱功當量檢測原理播報
設量熱器內筒和攪拌器的總質量為m筒（由同種材料制成），內盛質量為M液的液體，初溫為t1。當對內阻絲通電t秒后，液體末溫為t2。設通電時電壓表、電壓表示數分別為I和U，則通電時間內電壓做的功為
W=IUt
（1）量熱器內筒（含攪拌器）及液體的放熱為Q=（C筒m筒+C液M液）（t2－t1）
（2）I、U、t、m筒、M液、t1、t2均可由實驗測得，則熱功當量
J=W/Q
詞條冊子