熱與能量守恆-丫頭 │愛情公寓交友網站與聊天室

還沒登入愛情公寓嗎？還沒加入愛情公寓嗎？馬上進入公寓和 10,543,993 個住戶交朋友～

紅包抽抽樂！小資變土豪！

素人也能成為明日之星！

移除此區廣告請加入VIP

檔案狀態:

住戶編號:1105643

丫頭的日記本

快速選單

今天就是禮物! 《前一篇

後一篇》真正的浪漫是....

回應

給他日記貼紙

給他愛的鼓勵

檢舉

篇名: 熱與能量守恆
作者: 丫頭	日期: 2008.06.18　　天氣: 　心情:

在十八世紀和十九世紀中，由於蒸汽機的發展，熱學成為一門具有非常重要的實際
意義的科學，這反過來引起人們對於熱學理論的重新注意。
我們以前說過，按照熱質說，熱是一種不可秤量的流體。這個學說在啟發和解釋測
量熱量的實驗方面起過有益的作用。但作為物理的解釋，分子激動說更合於敏銳的自然
哲學家如波義耳和牛頓的口味。1738年，別爾努利（Daniel Bernouilli）指出，如果
將氣體想像為向四面八方運動的分子，那末這些分子對盛器的壁的沖擊，便可解釋氣體
的壓力，這壓力又必因氣體被壓縮與溫度的增高而按比例增加，正如實驗所要求的那
樣。
熱質論者解釋摩擦生熱的現象時，假定摩擦生出的屑末或摩擦後最終態的主要物質
的比熱比摩擦以前的初態物質要小一些，因而熱是被逼出而表現於外的。但在1798年，
美國人湯普遜（Benja-min Thompson後來在巴伐利亞成了朗福德伯爵Count Rumforo）
用鑽炮膛的實驗證明發熱的量大致與所作的功的總量成正比，而與削片的量無關。可是
熱的流體說仍然存在了半個世紀。
不過，到1840年，人們就開始了解自然界裡各種能量至少有一些是可以互相變換
的。
1842年，邁爾（J．R．Mayer）主張由熱變功或由功變熱均有可能。邁爾在空氣被壓縮
的時候，所有的功都表現為熱的假定下，算出了熱的機械當量的數值。同年，英國裁判
官兼科學家、以發明一種伏特電池著名的格羅夫（W．R．Grove）爵士，在一次講演中
說明了自然間能量相互關係的觀念，並在1846年出版一本書《物理力的相互關係》中，
闡述了這個觀念。這本書和1847年德國大生理學家、物理學家與數學家赫爾姆霍茨
（H.L．F vonHelmholtz，1821－1894年）根據獨立的研究寫成的《論力的守恆》，是
一般地論述現今所謂的「能量守恆」原理的最早著作。
1840至1850年間，焦耳（J.P.Joule，1818-1889年）以實驗方法測量了用電和機械
功所生的熱量。他先證明電流通過導線所生的熱量，與導線的電阻和電流的強度的平方
成正比例。他壓水通過窄管或壓縮一定量的空氣或使輪翼轉動於液體中，而使液體生
熱。
他發現不管用什麼方式作功，同量的功常得同量的熱，根據這個等值的原理，他斷定熱
是能量的一種形式。雖是這樣，「經過多年之後，科學界領袖才開始贊同這種看法」，
雖然斯托克斯告訴威廉‧湯姆生（William Thomson）：「他寧願做焦耳的一個信
徒」。
1853年，赫爾姆霍茨訪問英國時就已經看見許多人對這個科學問題發生興趣，他到法國
時又看見雷尼奧（Regnaull）已經采取了新的觀點。焦耳的最後結果表明：使一磅水在
華氏55至60度之間溫度升高1度所需要消耗的功為772呎磅。後來實驗證明比較接近精確
的數字是778呎磅。
焦耳用熱與功等價的明確的實驗結果，給予格羅夫所主張的「力的相互關係」、和
赫爾姆霍茨所倡導的「力的守恆」的觀念以有力的支持。這個觀念就這樣發展成為物理
學上以「能量守恆」得名的確定原理。能量作為一個確切的物理量，在那時的科學上還
是新東西。這個名詞所表示的觀念，曾經用不准確的、具有雙重意義的「力」一詞來表
達。托馬斯‧楊指出，這樣就把「能量」和「力」混淆起來了。能量可以定義為「作功
的力」，而且如果兩者的轉換是完全的，能量便可以用所作的功來測度。「能量」一詞
用於這種專門的意義應歸功於蘭金（Rankine）與湯姆生。湯姆生采用了托馬斯‧楊所
提出的把力和能量區別開來的主張。
焦耳的實驗證明在他所研究過的情況裡，一個體系中能的總量是守恆的，功所耗失
之量，即作為熱而出現。一般的證據引導我們把這個結果推廣到其他的變化上去，例如
機械能變為電能，或化學能變為動物熱之類。直到近年為止，一切已知的事實都適合於
這句話：在一個孤立的體系中，總的能量是守恆的。
這樣確立的能量守恆原理可以和較早的質量守恆原理相媲美。牛頓的動力學的基礎
就在於這樣一種認識：有一個量，──為了便利起見，稱為一個物體的質量——經過一
切運動而不變。在化學家手裡，天秤證明：這個原理在化學變化中也一樣地有效。在空
氣中燃燒的物體，它的質量並不消失。如果把所產生的物質收集起來，它們的總量必等
於原物體與所耗的空氣的份量的總和。
能量也是這樣的：質量以外的另一個量出現在我們的意識裡，主要是因為它經過一
系列的轉換仍然不變。我們覺得承認這個量的存在，把它當作一個科學的概念，並且給
它起一個名字，是有種種便利的。我們稱它為能或能量，用所作的動量或發生的熱量來
測量它的變化，並且費了許多工夫，經過許多疑惑，才發現它的守恆性。
十九世紀的物理學，沒有一個方法可以創造或毀滅質與能。二十世紀出現了一些跡
象，說明質本身就是能的一種形式，從質的形式轉變為能的形式並非不可能的事，但直
到近些年為止，質與能是截然不同的。
能量守恆的原則，約在1853年為湯姆森（Julius Thomsen）首先應用於化學。他認
識到在化學反應裡所發出的熱是這個系統的合能量在反應前後的差異的衡量尺度。既然
在一個閉合的系統中，最後的能量和最初的能量必然是相同的，因此，在某些情況下，
我們就有可能預言這個系統的最後狀態，而不必顧及中間的步驟，也就是一步跳到一個
物理問題的解答，而不必探究達到目標的過程，像惠更斯對於某些比較有限的力學問題
所做過的那樣。由於這個實際的用途和它固有的意義，能量守恆原理可以看做是人類心
靈的重大成就之一。
但是它有自己的哲學上的危險性。由於質量守恆原理和能量守恆原理在當時可以研
究的一切情況下無不有效，這兩個原理就很容易被引伸為普遍的定律。質量成了永恆而
不滅的；宇宙裡的能量，在一切情形下及一切時間內都成了守恆而不變的。這些原理不
再是引導人們在知識領域內憑借經驗逐漸前進的萬無一失的響導，而成了有效性可疑的
重要哲學教條了。

標籤:

瀏覽次數:93 人氣指數:493 累積鼓勵:20

切換閱讀模式

回應

給他日記貼紙

給他愛的鼓勵

檢舉

給本文愛的鼓勵：