焦耳有哪些成就?
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发布时间：2022-05-18 19:07
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时间：2023-10-25 04:35
能量守恒和转换定律的发现者之一英国物理学家焦耳，1818年12月24日出生于英国曼彻斯特，父亲是一个酿酒厂主。他从小就跟着爸爸酿酒，没有接受过正规的教育。但是他从小勤奋好学，经常一边劳动一边识字，靠着自学而成为了物理学家。青年时，经别人介绍认识了著名化学家道尔顿，并在他的指导下学习了数学、哲学和化学，这些知识的学习为焦耳后来的研究奠定了基础。
焦耳最初的研究方向是电磁机。因常在父亲的酿酒厂工作，看到蒸汽机的效率太低，于是他就想将父亲酿酒厂中应用的蒸汽机替换成电磁机以提高工作效率。1837年，焦耳装成了用电池驱动的电磁机，但由于支持电磁机工作的电流来自锌电池，而锌的价格昂贵，用电磁机反而不如用蒸汽机合算。焦耳的最初目的虽然没有达到，但他从实验中发现电流可以做功，这激发了他进行深入研究的兴趣。
从1840年起，焦耳开始研究电流的热效应，不久与*的著名物理学家楞次各自独立发现了焦耳-楞次定律，为揭示电能、化学能、热能的等价性打下了基础，敲开了通向能量守恒定律的大门。
1843年，焦耳钻研并测量了热和机械功之间的当量关系与热功当量，为热运动与其他运动的相互转化，运动守恒等问题，提供了无可置疑的证据，他也因此成为能量守恒定律的发现者之一。这是焦耳一生最重要的贡献。
尽管有许多无可辨驳的事实，但当焦耳用论文宣布热是一种能量交换的形式时，一些大科学家都表示怀疑和不信任，认为各种形式之间的能量转换是不可能的，为此他多次受到科学界的冷遇。但是，焦耳并没有屈服，他以百折不挠的精神继续做实验，找数据。直到1850年，在其他的科学家用不同的方式得到了与焦耳结论相同的能量守恒和转化定律时，焦耳的科学成果才最终获得了科学界的公认。
1850年焦耳被选为英国皇家学会会员，1889年10月11日焦耳在塞尔逝世，终年71岁。为了纪念他对科学发展的贡献，国际计量大会将能量、功、热量的单位命名为焦耳。恩格斯把他的“由热的机械当量的发现(迈尔、焦耳和柯尔丁)所导致的能量转化的证明”列为19世纪下半叶自然科学三大发现的第一项。
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焦耳
焦耳定律
1840年12月，他在英国皇家学会上宣读了关于电流生热的论文，提出电流通过导体产生热量的定律。
焦耳定律是定量说明传导电流将电能转换为热能的定律。内容是：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比。焦耳定律数学表达式：Q=I?Rt（适用于所有电路）；对于纯电阻电路可推导出：Q=W=Pt;Q=UIt;Q=(U?/R)t
焦耳的主要成就
除了焦耳定律的发现以外，他还有以下几个成就：
热功当量的测定
焦耳的主要贡献是他钻研并测定了热和机械功之间的当量关系。此后，他用不同材料进行实验，并不断改进实验设计，结果发现尽管所用的方法、设备、材料各不相同，结果都相差不远；并且随着实验精度的提高，趋近于一定的数值。
最后他将多年的实验结果写成论文发表在英国皇家学会《哲学学报》1850年第140卷上，其中阐明：
第一，不论固体或液体，摩擦所产生的热量，总是与所耗的力的大小成比例。
第二，要产生使1磅水（在真空中称量，其温度在50～60华氏度之间）增加1华氏度的热量，需要耗用772磅重物下降1英尺的机械功。他精益求精，直到1878年还有测量结果的报告。
他近40年的研究工作，为热运动与其他运动的相互转换，运动守恒等问题，提供了无可置疑的证据，焦耳因此成为能量守恒定律的发现者之一。
焦耳-汤姆孙效应
1852年焦耳和w. 汤姆孙（即开尔文）发现气体自由膨胀时温度下降的现象，被称为焦耳-汤姆孙效应。这效应在低温和气体液化方面有广泛应用。他对蒸汽机的发展作了不少有价值的工作。
