生活中的物理-人对热的认识过程

2015-08-09 8:48:54 暂无评论阳光倾城常识科普 772

张计怀
热的本质究竟是什么？在热学的发展史上曾有一种错误的理论──热质说。热质说以为热是一种物质，它渗透到物体空隙中，是一种无质量的流体。这种所谓的流体物质，既不能创生，也不能消灭，保持总量守恒。物体内所含热质的多少，决定物体的温度和热量，物体内含的热质多，温度就高，热量也多；反之，物体内含的热质少，温度就低，热量也少。热质说的思想最早起源于公元前4世纪古希腊的德谟克里特和伊壁鸠鲁，后来又得到17世纪法国哲学家伽桑狄的支持。到了18世纪初，哈雷大学教授施塔耳，又引入了“燃素”的概念，他以为燃烧着的物质所发出的热，是由于有一种叫做“燃素”的物质起作用，这一观点更进一步巩固了热质说。热质说在18世纪到19世纪在科学界占居了统治地位。一方面是由于当时科学水平还没有揭示出各种运动形式的本质联系；另方面还由于这个理论成功地解释了当时遇到的一些简单热现象。例如，两种不同温度的物质混合后能达到同一温度，是交换热质的结果；热传导是由于热质的流动；热机在热源和冷源之间做功，是由于热质从高温物体流向低温物体时做功，等等。
在热质说盛行的同时，也有人提出了另一种热本质的理论，以为热的本质是物体内部粒子运动的结果。笛卡儿、玻意耳、胡克、伯努利、罗蒙诺索夫等人就是这种主张。在反对热质说的科学家中，最著名的是18世纪末英国的伦福德伯爵，他在制造大炮时发现，当用钢钻给铜炮身钻孔时，出现了大量的热量，使炮身钻孔处温度很高。当时他用这种摩擦所出现的热在两个半小时内使8千克左右的凉水沸腾。这么多的热量不可能是热质，他以为是钻头与炮身摩擦的结果，这些热量只能来自运动。但拥护热质说的人以为这种现象是由于铜屑的比热小于铜炮身的比热，在铜屑从铜炮身上脱落下来时，把减少的热量给了炮身，放炮身温度提高。伦福德不同意这种看法，他又亲自测定了铜屑的比热，证明了铜屑的比热并没有减小，有力地反驳了热质说的观点。后来英国科学家戴维又进一步用摩擦的方法使放在露天、周围温度为冰点以下的冰块熔化。又一次证明了摩擦出现的热是由运动引起的，摩擦使物体内部的粒子运动加剧，这种运动就是热运动。以后伴随物理学的发展，能量守恒与能量转化定律被发现，确认热是能量的一种形式，是物体内部粒子运动的结果。分子运动理论的发展与进一步完善，又成功地解释了有关的热现象，热质说才逐渐地被彻底否定。