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第16章 伦福德提出“热是一种运动形式”

热质说支持着18世纪后期的热学,但它有一个弱点,即人们不能肯定热质是否也和其他物质一样具有质量。致力于推翻热的物质说的第一个物理学家是本杰明·汤姆逊(Benjamin Thomp-son Rumford),即伦福德伯爵。1753年他出生于美国马萨诸塞州的北沃本恩。1790年被巴伐利亚选帝候封为伦福德伯爵。1814年在法国逝世。

1798年,伦福德在慕尼黑一家兵工厂监督大炮钻孔工作。一个偶然的机会,他发现被加工的黄铜炮身在短时间内得到了相当多的热量,而被刀具刮削下来的金属屑的温度更高,超过了水的沸点。按照热质说,这些发出来的热量来自物质内部包含的热质。可是从青铜中跑出来的热质太多了,全部加起来甚至可以把它本身熔化,这显然是热质说无法说明的。为了寻求热的来源和对它的本质做出解释,他做了一系列的测定实验。他将金属柱和钻削装置全部浸在水中,用一个钝钻头与炮筒摩擦生热,使一定量的水的温度升高。结果在1小时内使水的温度升到107,到了1.5小时水温升到142,到了2.5小时,就使水沸腾了。伦福德对铜屑的比热作了精确的测定,结果发现铜屑的比热与一般炮筒的比热没有什么区别。他从摩擦产生的热显然是取之不尽的事实推断出热不是物质,而是来自物质的运动的理论。1798年1月25日,他向皇家学会作了报告,结论是:摩擦产生的热是无穷无尽的,与外部绝热的物体不可能无穷无尽地提供热物质,热只能认为是一种运动形式。

伦福德的报告引起了巨大反响,无疑是对热质说的一个沉重打击。但由于他的测量有明显误差,没有测量实验中热量的损失,也没有提出一个建设性的学说来取代热质说,他的愿望没有实现。直到19世纪40年代末,由于能量守恒定律的确立,热动说才获得了最后的胜利。直到今天,人们才形成正确概念:热是大量分子的无规则运动。

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