认识热本质

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人们已在实践中熟悉了摩擦生热,但摩擦为什么会生热?热是什么?人们很久也没有弄清楚,在古代就对热有两种不同的看法,一种把热看成是一种特殊物质,一种认为热是物质的某种运动形式。

17世纪以后,多数人根据摩擦生热的现象,认为热是一种特殊的运动形式。不少物理学家都相信这一点,但是这种看法由于缺乏精确的实验根据,还不能形成科学的理论。

到了18世纪,对热的研究走上了实验科学的道路,把热看成是一种特殊物质的热质说,由于能够解释某些实验结果,因而在当时获得了承认,热质说将热看成一种没有质量或不可称量的流质――热质,它不生不灭,存在于一切物体之中,物体的冷热程度,决定于其中所含热质的多少,热质说对摩擦生热的解释是,摩擦并没有改变热质的总量,但物质在摩擦时比热容降低了,因此摩擦可以使物体的温度升高。

1798年,英国学者伦福德(1753-1814)在从事枪炮制造时,发现钻孔钻下的金属屑具有极高的温度,用水来冷却时,甚至可以使水沸腾,他怀疑金属屑具有极高温度是不是由于比热容降低造成的,伦福德在他的笔记中写道:由摩擦所生的热,来源似乎是无穷无尽的,要用热质说解释摩擦生热现象,钻下的金属屑的比热容要改变很大才行,于是他设计并做了一系列实验,发现钻下的金属屑的比热容在摩擦时并没有降低,根据实验结果,伦福德断言热质说不足为信,而应当把热看成是一种运动形式,热质说的传统地位开始动摇了。

1799年,英国的戴维做了更加严格的实验,他在零摄氏度以下的露天里,在抽成真空的玻璃罩内,使金属轮子和盘在钟表装置的带动下相互摩擦,结果使金属盘上的蜡熔化了,在这个实验中,热不可能是由周围物体传递给蜡的,而且伦福德的实验已经证明,金属也不会由于比热容的降低而放热,那就只能是由于摩擦生热使蜡粒子的运动加快了,戴维的实验有力地打击了热质说。

此后,科学家进一步研究了热和做功的关系,特别是英国科学家焦耳做了大量实验,定量地研究了热和功的关系,证明做了多少机械功,就有多少机械能转化成与热相关的能量,焦耳的工作,表明热不是一种特殊物质,同时为能量守恒定律奠定了基础。

能量守恒定律的建立,彻底否定了热质说,同时为分子运动理论的发展开辟了道路,经过科学家的长期研究,关于热是一种运动形式的设想,终于成为公认的真理,人们认识到:宏观的热现象原来是物体内部大量分子的无规则运动的表现,物体内部的能量就是物体的内能;热量不是表示物质所含“热质”的多少,而是表示在热传递过程中传递的能量的多少。