焦耳对热力学的贡献

焦耳在热力学领域的贡献

詹姆斯·普雷斯科特·焦耳是英国杰出的物理学家，焦耳出生于曼彻斯特近郊的索尔福德，在研究热的本质时，发现了热和功之间的转换关系，并由此得到了能量守恒定律，最终发展出热力学第一定律。国际单位制导出单位中，能量的单位——焦耳，就是以他的名字命名。他和开尔文合作发展了温度的绝对尺度。他还观测过磁致伸缩效应，发现了导体电阻、通过导体电流及其产生热能之间的关系，也就是常称的焦耳定律。他的一生为社会做出了非常重大的贡献，他在热力学、电学等方面都有着不俗的成绩。焦耳的贡献主要有以下四个方面。

焦耳的贡献第一方面，他为了提高自己父亲酒厂的工作效率，成功的研究出了怎样用电动机代替蒸汽机。最终因为支持电动机工作的能源——锌价格昂贵，不如蒸汽划算而放弃了。但他的这一研究却为蒸汽机的发展提供了重要的参考价值。

第二方面，焦耳在研究电动机的过程中，注意到了热量的问题，于是开始研究电流。他不断实验，最终发现了规律，并进行总结和整理，得出了焦耳定律。这个定律提出电流通过导体，热量高低与电阻和通电时间成正比。这一定律使电学有了很大的发展。

第三方面，他测定了热和机械功之间的当量关系，这也是他最大的贡献。他钻研并测定了热和机械功之间的当量关系。此后，他用不同材料进行实验，并不断改进实验设计，结果发现尽管所用的方法、设备、材料各不相同，结果都相差不远；并且随着实验精度的提高，

趋近于一定的数值。

最后他将多年的实验结果写成论文发表在英国皇家学会《哲学学报》1850年第140卷上，其中阐明：第一，不论固体或液体，摩擦所产生的热量，总是与所耗的力的大小成比例。第二，要产生使1磅水（在真空中称量，其温度在50～60华氏度之间）增加1华氏度的热量，需要耗用772磅重物下降1英尺的机械功。他精益求精，直到1878年还有测量结果的报告。他近40年的研究工作，为热运动与其他运动的相互转换，运动守恒等问题，提供了无可置疑的证据，焦耳因此成为能量守恒定律的发现者之一。在这样的研究结果下提出了能量守恒定律，这一定律的提出有着划时代的意义。

第四方面，关于气体的研究，他做了一个实验，研究气体在膨胀和压缩时温度产生的变化。通过对气体分子运动速度与温度的关系研究，成功的计算出了气体分子的运动速度。这一理论的提出，对后世研究气体分子有着重要的贡献，这些都是焦耳的贡献。

焦耳的故事焦耳的故事的第一个小故事就源于焦耳的学历，焦耳没有上学，没有经历过正统的教学，所以当他开始进行物理研究的时候，这一切的难度都远远超出了我们的想象，所以焦耳经历了很多次的失败，但是焦耳并没有放弃，他开始在失败中汲取经验，然后在下一次实验的时候避开先前所犯的错误，或者说无法避免的错误的话就在下一次的时候进行改正或者改进使之对实验结果的影响不断的降低，直至最后对实验结果完全无影响。

焦耳的第二个小故事是关于坚持的，焦耳的整个成名的道路并不

平坦，这其中充满了各种各样的曲折和不被认可。当焦耳第一次提出他的理论的时候，并没有得到当时社会的认可，大家都不相信一个没读过书的人能用科学合理的方法证明这一理论的正确性，所以他们不相信也不认可。但是焦耳并没有因为世俗的眼光和偏见而放弃，他又开始了他的研究，这一次他的研究更细致更精准，这期间他同样也有各种各样的失败和误解，但是焦耳都不曾放弃过。终于他成功了，并且在不断努力之后，他得到了他该有的认可和尊重。

焦耳生平简介：焦耳的家庭条件比较富裕，1818年12月24日生于曼彻斯特。他的父亲是一位酿酒商。焦耳小时未能上学读书，而是跟随父亲学习酿酒，后来他自己也成为酿酒商，他的科学研究活动则主要是业余进行的。焦耳虽然没有受过正规的学校教育，但他对自然科学的兴趣却十分浓厚。他利用一切空闲时间自学物理、化学和数学等，终于成为一位有成就的科学家。焦耳青少年时期，正处于曼彻斯特学会的兴盛时期。著名科学家、曼彻斯特大学教授道尔顿是这个学会的重要成员。1835年，焦耳结识了道尔顿，受到他的热情帮助，这对焦耳的科学研究活动产生了重大影响。1840年起，22岁的焦耳便开始发表一系列的科学研究论文。他首先发表了四种测之热功当量的方法，发现了焦耳定律。1843年又写出了《水电解放热》一文，还发表了论述能是守恒的文章。1850年焦耳被选为英国皇家学会会员，后又成为法国科学院院士。1866年他获得了英国皇家学会柯普利金质奖章。1872年和1887年焦耳再次任英国科学促进协会主席。1889年10月11日逝世于塞拉，要年71岁。焦耳被公认为发现能

量守恒和转换定律的代表人物。他的一系列精密的实验，为能量守恒原理提供了可靠的根据。

他深信“能”是不灭的，并可表现为各种不同的形式，同时他竭力从实验上证明确是如此。他系统地测量了可以转化为一定数量热的各种形式的能量。他还提出了热是各种物体中粒子运动的结果。他认为热与机械能是等价的。

焦耳首先研究了电流的热效应。1840年，他测量了电流通过电阻丝的发热情况，在《论伏打电生热》的论文中描述了焦耳效应，楞次也于1842年独立地发现了这一定律，故亦称焦耳--楞次定律。定律指出：“电流在一定时间内通过导体时所放出的热量，与导体电阻成正比，与通过导体的电流的平方成正比。

焦耳当初是信奉热质说的。1843年，他在作完另一实验后，彻底否定了热质说。这个实验是：通过一台发电机封在盛水器里，操作时所消耗的机械功，以水温的升高所产生的热量进行测量。水温的升高是机械能转变为电能，电能又转变为热的结果。这一实验用热质说是无法解释的。此后，焦耳还利用桨轮在水中的旋转搅动方法，直接进行机械能转变为热的实验。焦耳经过多年的反复实验，终于最后证实了热是能量的一种形式。同样，热的传递是能量的一种传递形式。

1843年，焦耳发表了产生单位热量所需功的量值（叫做热功当量），并使用了多种精确度逐步提高的方法来测定这个值，所得的428.9千克力·米／千卡与现在的427千克力·米／千卡十分接近。

焦耳的最初实验没有受到科学界的重视，1847年6月在牛津召开的英国科学促进协会大会上，焦耳宣讲了他的实验结果，但却受到冷遇。开尔文在会上听到焦耳的论述后，注意到了焦耳工作的重要意义，此后两人曾多次合作进行热力学方面的研究，并且成了莫逆之交。1848年，焦耳对气体分子的运动作了研究。他认为，热运动是平动，从而找到了气体分子热运动的主要形式，并于1851年发表了有关的论文。

焦耳对于气体运动的研究，取得了许多重要成果。他于1845年在研究气体内能时所发现的焦耳定律，特别具有重要意义。这一定律指出：“气体的内能仅仅是温度的函数，与体积无关。”1852年，焦耳和汤姆孙合作，发现当气体不作外功而膨胀时，气体的温度就下降，这就是所谓的焦耳——汤姆孙效应。。焦耳——汤姆孙效应在19世纪期间被用来建立大规模的制冷专业。

焦耳对热力学理论做出了杰出的贡献，被誉为现代热力学的始祖。