酿酒商焦耳：能耐与能量守恒的重大贡献

5　酿酒商焦耳的能耐

另一位对能量守恒定律做出重大贡献的是英国的焦耳，他是一位业余物理学家，虽然他的名字现在已经被作为能量单位，但是他的第一职业却是一位酿酒商。

1818年12月24日焦耳生于英国曼彻斯特，他的父亲是一个酿酒厂主，由于焦耳身体柔弱，没有上正规的学校，但是他师从著名的化学家道尔顿，学习了数学、哲学和化学，这些知识为焦耳后来的研究奠定了理论基础。而且道尔顿教会了焦耳理论与实践相结合的科研方法，激发了焦耳对化学和物理的兴趣。

1840年，当迈尔正在印度洋远航的时候，焦耳在英国的实验室里，正在进行伟大的电磁实验，他从电磁机里发现电流做功，就把环形线圈放入装水的试管里，测量不同电流强度和电阻情况下的水温，通过实验，发现导体放热和电流有密切关系。

通过这一实验，焦耳发现：导体在一定时间内放出的热量与导体的电阻及电流强度的平方之积成正比。四年之后，俄国物理学家楞次公布了他的大量实验结果，从而进一步验证了焦耳关于电流热效应结论的正确性。因此，该定律称为焦耳-楞次定律。

两年后，当迈尔正被退稿烦恼时，焦耳在实验中发现了机械能转化为电能，使水温升高而变成热能的情况，这些产生的热和用来做功的机械动力之间存在恒定的比例关系，焦耳的实验结论完全否定了热来源于热素的说法。

◎曼彻斯特市政厅内的焦耳雕塑

不过，和迈尔一样，焦耳也被学术界排斥，他写了两篇论说能量守恒的文章，投到英国皇家学会后被拒绝发表，理由很荒谬很偏见：认为作为酿酒商，焦耳的发现不可能有多大学术价值。朋友们为了安慰焦耳，劝告他去申请自然哲学教授的候选人，可惜焦耳再次被拒绝，理由是他的容貌缺陷。焦耳似乎并不受打击，继续当一个酿酒商，并继续他的科学研究。(www.xing528.com)

焦耳的最大功绩，就是在长达40多年的实验生涯中，找到了热功当量，为能量守恒与转化定律提供了坚实的基础。

◎从电流中发现能量守恒与转化的焦耳

简单说来，热功当量就是指单位热量做功的数量。当伦福德证明了热不是物质，而是一种运动时，人们急切想要知道热到底做了多少功。迈尔最早找到了热功当量的粗略数据，但焦耳不知道这个数据。

1847年，也就是在迈尔即将经历人生最悲惨阶段的前一年，焦耳改进原来的实验，用铁片摩擦生热，最终把热功当量精确到423.9千克米/千卡。但媒体拒绝报道他在曼彻斯特的通俗讲演，在牛津学术会议上，又被限制只作简要报告。焦耳在苛刻的环境下，发表了自己的结论。令人称赞的是，焦耳在随后的40年间一直做类似实验，测量得到的结果和第一次得到的结果相差并不大。

热功当量

热量以卡为单位时与功的单位之间的数量关系，相当于单位热量的功的数量，叫做热功当量。焦耳首先用实验确定了这种关系，将这种关系表示为：1卡（热化学卡）=4.1840焦耳。即1千卡热量同427千克米的功相当，即热功当量J=427千克米/千卡=4.1840焦耳/卡。