在物理学中, 声、光、电、力、热是本家儿要的研究偏向 。 在古代, 很多学者都研究过“热现象” 。 可是没有人搞得清晰, 最早的1000多年都是走在了错误的道路上 。 所以, “物质为什么会有温度”这件事看似很简单, 但现实上却很复杂 。 那具体是咋回事呢?
今天, 我们就来聊一聊这个问题 。
热质说
在欧洲的中宿世纪, 那时的学者认为“热现象”的素质是一种叫做“热质”的工具, 这也就是热质说 。 这个理论认为热是一种近似于空气一样的物质, 看不见、摸不着、附着在物体上, 这样物体就可以显示出温度了 。
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这种设法现实上很合适我们日常糊口的直觉, 并且一般人也很难辩驳这样的说法 。 并且也确实可以诠释一些现象, 好比:热传递 。 当一个高温的物体和一个低温的物体接触, 热量最终会变得平均, 这申明有一部门“热质”从高温物体转移到了低温物体上 。
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可是, 后来就有人发现:热质说也是出缺陷的 。 我们来举个例子, 到了冬天, 气候都比力冷, 这个时辰我们就会习惯性地搓手, 搓手的过程中, 就会有热发生 。 在整个过程中, 并没有物质的转移, 只有手掌之间的相对活动 。
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热的素质是一种能量
是以, 热质说面对了前所未有的挑战 。 后来, 颠末一代又一代学者的研究, 他们认为热并不是一种物质, 而应该是一种能量 。 就拿上文中提到的“搓手”的例子, 在搓手的过程中, 手掌之间的相对于活动中, 手掌之间会有摩擦, 并且在摩擦力的偏向上有位移, 也就是做功了, 所以热来自于摩擦力的做功 。 这和钻木取火其实是一个事理 。
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不仅如斯, 那时有一位啤酒商叫做焦耳 。 他为了做出口感和口胃更好的啤酒, 建造出了很是精巧的温度计 。 他对热现象出格痴迷, 而且长年研究 。
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因为他是啤酒商, 是以, 他尤其对能量转化的问题出格痴迷 。 要知道传递热量和作功的方式都可以改变物质系统的能量, 那就意味着传热热量和做功之间存在着必然换算关系 。 于是, 他经由过程大量的尝试最终确立了这个换算关系 。
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这也被我们称为热功当量 。 焦耳那时测算出来的成果已经是比力精准了 。 后来, 我们划定了下面这样的换算关系 。
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在研究这个过程中, 焦耳还获得了赫赫有名的能量守恒定律, 现在能量的单元之一就是以他的名字定名的 。
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“热现象”的微不雅诠释
科学家其实并没有止步于此, 对于“热现象”的研究后来加倍深切 。 科学家还从微不雅视角找到了“热现象”的素质 。 在焦耳的时代, 他就和物理学家开尔文合作获得了热力学温标 。 这个温标对应的物理量就是开氏温度, 用符号K暗示 。 我们日常糊口顶用到的是摄氏温标, 两者其实是可以彼此转化的 。 开氏温度的零度就是绝对零度, 用摄氏温标暗示就是-273.15℃ 。 是以, 两者的转化关系就是:[°C] = [K] ? 273.15 。
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