1. 首頁 > 生活百科 > >

焦耳單位怎么來的 焦耳單位

生活百科

詹姆斯·普雷斯科特·焦耳 ， （英語James Prescott Joule ， 1818年12月24日－1889年10月12日） ， 英國物理學家 。在研究熱的本質時 ， 發現了熱和功之間的轉換關系 ， 并由此得到了能量守恒定律 ， 并在最終推導出熱力學之一定律 。而國際單位制導出單位中 ， 能量的單位之一——焦耳 ， 就是以他的名字命名 。他和開爾文合作發展了溫度的絕對尺度 。他還觀測過磁致伸縮效應 ， 借而發現了導體電阻、通過導體電流及其產生熱能之間的關系 ， 也就是常稱的焦耳定律 。
早年

焦耳單位怎么來的 焦耳單位

文章插圖
詹姆斯·普雷斯科物.焦耳
焦耳生于英格蘭北部曼徹斯特城的郊外索爾福德 ， 他的父親是本杰明·焦耳（Benjamin Joule ， 1784-1858） ， 一個富有的釀酒師 ， 他的母親為愛麗絲·普雷斯科特·焦耳（Alice Prescott Joule） 。焦耳出生時他們家在索爾福德的新貝利街 ， 與他家的啤酒廠毗鄰 。焦耳在年幼時因為身體健康原因一直在索爾福德附近彭德爾伯里的一個家庭學校里就學 。1834年 ， 16歲的焦耳和他的哥哥本杰明被送到曼徹斯特文學與哲學學會的道爾頓的門下學習 。焦耳兄弟倆跟隨道爾頓學習了兩年算術和幾何 。后來道爾頓因中風而退休 。但是跟隨道爾頓的這段經歷影響了焦耳的一生 。焦耳后來又受約翰·戴維斯指導 。焦耳兄弟倆對電學非常著迷 ， 曾經實驗相互電擊 ， 還拿家里的仆人們做過實驗 。
【焦耳單位怎么來的焦耳單位】焦耳在受道爾頓指導期間 ， 于1835年進入曼徹斯特大學就讀 。畢業后開始參加經營自家的啤酒廠 ， 直到1854年賣出啤酒廠 ， 他在經營上都一直很活躍 ?？茖W開始只是焦耳的一個愛好 ， 直到后來他開始研究用新發明的電動機來替換啤酒廠的蒸汽機的可行性 。1838年 ， 他的之一篇關于電學的科學論文被發表在《電學年鑒》（Annals of Electricity）上 。這份學術期刊是由戴維斯的同事威廉·斯特金創辦和主持的 。在1840年 ， 他得出了焦耳定律的公式[5] ， 本來準備讓皇家學會大吃一驚的 ， 可后來發現自己被僅僅當作鄉下的業余愛好者 。當斯特金在1840年搬到曼徹斯特后 ， 他和焦耳成為了這個城市知識分子的核心 。他倆同感 ， 科學和神學應該并且可能整合在一起 。焦耳開始在斯特金的皇家維多利亞實踐科學講座上開辦講座 。
他后來認識到 ， 在蒸汽機燒1磅煤所產生的熱量是在革若夫電池（一種早期的電池）里消耗1磅鋅所發出熱量的5倍 。焦耳對“經濟負荷”的通常標準是 ， 將1磅重量抬升1英尺的能力 ， 即英尺-磅 。焦耳被弗朗茲·艾皮努斯的想法所影響 ， 試圖用被“振動形態的熱質以太”所環繞的原子來解釋電學和磁 。
然而焦耳的興趣從有關可以從給定來源提取多少功這樣的狹隘的經濟問題開始轉向 ， 最終到思考能量的可轉換性 。在1883年他發表了一些實驗結果 ， 顯示他在1841年所定量化的熱效應是因為導體本身的發熱 ， 而不是從裝置其他部分傳來的熱量[9] 。這個結論對當時的熱質說是一個直接的挑戰 。熱質說認為 ， 熱量既不能被創造 ， 也不能被銷毀 。自從被拉瓦錫在1783年提出后 ， 熱質說一直是熱學領域的主導性的理論 。拉瓦錫的影響力再加上尼古拉·卡諾自1824年所提出的關于熱機的熱質理論在實踐中的成功 ， 使得既不在學術界又不在工程界的年輕的焦耳看起來前途坎坷 。熱質說的支持者準備指出 ， 熱電效應的對稱性說明熱能和電能是（至少大約）可以被一個可逆過程所相互轉化的[3] 。
熱功當量
焦耳單位怎么來的 焦耳單位

文章插圖
焦耳在1845年測量熱功當量的裝置
焦耳在他1845年的文章里寫道：
……推動磁-電轉換器的機械能最終被“轉換為熱能” ， 而熱能的產生是因為電流通過線圈產生感應 。在另一方面 ， 電池里的化學反應所產生的熱能提供了電-磁發動機所需的動能 。
焦耳在這里采用了“活力（vis viva）”（能量用語）的說法, 可能是因為霍奇金森已經讀了一篇于1844年4月發表在文學和哲學學會的對愛華德的“論動力的測量”這篇文章的評論 。通過進一步的實驗和測量 ， 焦耳估計“熱功當量”為 ， 838ft·lbf的功可以使1磅水的溫度升高1℉ ， 相當于4.51 J/cal 。1843年他在于科克召開的英國科學協會的一次會議的化學分場里宣布了他的結果 ， 迎來的是一片沉默 。

推薦閱讀