名人故事：焦耳的科學(xué)研究故事

　　焦耳(1818～1889)是英國人，1818年12月24日出生在曼徹斯特市一家啤酒廠(chǎng)主的家庭里，從小就跟著(zhù)爸爸釀酒，沒(méi)有進(jìn)過(guò)學(xué)校。然而焦耳天資聰明，喜歡讀書(shū)，常常一邊勞動(dòng)一邊認字，自學(xué)到不少知識。后來(lái)，他幸運地認識了著(zhù)名化學(xué)家道爾頓教授，便常常到他那里請教。從此，焦耳對自然科學(xué)，特別是實(shí)驗科學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣。

　　有一次，焦耳與哥哥一塊找來(lái)一匹跛馬，把電流通到馬身上，馬受到刺激便狂跳起來(lái)。焦耳記下電流的大小和馬的狂跳程度，說(shuō)這是用馬來(lái)觀(guān)察電擊實(shí)驗。還有一次，焦耳用火藥槍發(fā)出的巨響做回聲實(shí)驗。為使響聲更大些，他向槍膛中裝了三倍的火藥，結果槍口噴出的火焰把焦耳的眉毛都燒光了。

　　24歲時(shí)，焦耳開(kāi)始對通電導體放熱的問(wèn)題進(jìn)行深入的研究。他把父親的一間房子改成實(shí)驗室，一有空便鉆到實(shí)驗室里忙個(gè)不停。焦耳首先把電阻絲盤(pán)繞在玻璃管上，做成一個(gè)電熱器。然后把電熱器放入一個(gè)玻璃瓶中，瓶中裝有已知質(zhì)量的水。給電熱器通電并開(kāi)始計時(shí)，用鳥(niǎo)羽毛輕輕攪動(dòng)水，使水溫度均勻。從插在水中的溫度計，可隨時(shí)觀(guān)察到水溫的變化。同時(shí)用電流計測出電流的大小。焦耳把這種實(shí)驗做了一次又一次，大量數據使焦耳發(fā)現：電流通過(guò)導體時(shí)產(chǎn)生的熱量跟電流的平方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電的時(shí)間成正比。

　　焦耳把這一實(shí)驗規律寫(xiě)成論文《關(guān)于金屬導體和電池在電解時(shí)放出的熱》，并于1841年發(fā)表在英國《哲學(xué)雜志》上。然而，論文并沒(méi)有引起學(xué)術(shù)界的重視。因為在一些學(xué)者們看來(lái)，電與熱的關(guān)系不能那么簡(jiǎn)單，況且焦耳只是一個(gè)釀酒師，又沒(méi)有大學(xué)文憑。一年后，俄國彼德堡科學(xué)院院士楞次也做了電與熱的實(shí)驗，并得到與焦耳完全一致的結果。焦耳的論文才得到重視，后來(lái)人們把這個(gè)定律叫做焦耳定律。

　　外界的冷落與贊美都沒(méi)有影響焦耳對真理的追求，他仍繼續著(zhù)自己的實(shí)驗工作。在完成電流熱效應的研究之后，焦耳又進(jìn)行了功與熱量的轉化實(shí)驗。焦耳認為，自然界的能量是不能消滅的，消耗了機械能，總能得到相應的熱能。因此，做功和傳遞熱量之間一定存在著(zhù)確定的數量關(guān)系。那么1卡的熱量相當于多少焦耳的.功呢?(今天，人們把這一換算關(guān)系叫做熱功當量。)焦耳想用實(shí)驗找到這一關(guān)系。為此，他精心設計了量熱器，用不同方法進(jìn)行實(shí)驗探索。從1843年起在近40年當中，焦耳做了400多次實(shí)驗，終于得出了比較精確的熱功當量值1卡=4.15焦耳。這一數值與今天公認的熱功當量值1卡=4.18焦耳比較起來(lái)雖然小了些，但在當時(shí)的實(shí)驗條件下卻是件了不起的事。焦耳的熱功當量值曾保持了30年沒(méi)有變化，這在物理學(xué)史上是極為罕見(jiàn)的。

　　焦耳準確地測定熱功當量，以無(wú)可辯駁的事實(shí)進(jìn)一步證明了能的轉化和守恒定律是客觀(guān)真理。這一定律的確定，在理論上，不僅對自然科學(xué)的發(fā)展提供了一個(gè)堅實(shí)的理論基礎，而且也為建立辯證唯物主義提供了有力的科學(xué)依據。在實(shí)踐上，它給制造“永動(dòng)機”的幻想做了“不能實(shí)現”的最后判決�？傊�，它使我們在撲朔迷離、千姿百態(tài)的物理現象中，不再無(wú)所適從，為人類(lèi)認識自然、改造自然提供了強有力的武器。

　　為了紀念這位物理學(xué)家的偉大業(yè)績(jì)，物理學(xué)將功的單位命名為焦耳。

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