開爾文·熱

江玉安

小河與小鎮這兩個地方本來都很冷僻.但名字卻在1892年開始大熱.“天下誰人不識君”，開爾文河變成了“熱河”.開爾文鎮變成了名鎮.我曾經在河北承德的避暑山莊內看過熱河.那是世界上最短的“河”（一小段溫泉），熱河后來成為中華民國的省級行政區——熱河省.

念過高中的同學都知道.開爾文是七個基本物理量之一——溫度的單位.開爾文和其他許多物理量單位，如牛頓、瓦特、焦耳、伏特一樣.是為了紀念和褒獎科學家而命名的.開爾文是為了紀念開爾文勛爵——威廉.湯姆遜的.

威廉.湯姆遜的最大貢獻有兩條：一是在1848年創立熱力學溫標.規定熱力學絕對零度標準：二是在1865年對世界上第一條海底通信電纜——大西洋電纜的鋪設和運行作出了貢獻.1892年.英國維多利亞女王提封威廉.湯姆遜為格拉斯哥的開爾文勛爵.1967年.第13屆國際計量大會通過以“開爾文”（符號K）作為熱力學溫度的單位的提議.“開爾文”無可爭辯地成為“熱”（熱量）的代名詞.

熱？真熱，開空調啊.有多熱??？熱死了.這是生活中常見的對話.但生活不是科學.科學可不能憑感覺.科學要測量.要標準.

我們生活中最熟悉的有關熱的測量.就是用體溫計測量體溫.看看有沒有發燒，小小體溫計，內涵可大了！首先，水銀是對溫度敏感的物質.熱脹冷縮明顯.雖然多數物質有熱脹冷縮現象，但敏感且穩定的不多.那么.要怎樣放大“熱脹冷縮”現象呢？用毛細管.這樣，很小的體積變化。就可以顯示很明顯的高度變化.其次.體溫計上有刻度.用來標示測出的溫度.但問題是，多大的溫差是l度呢？1742年。瑞典的天文學家攝爾修斯利用水的冰點和沸點這兩個固定溫度.將其區間分成100個單位.規定冰點為100度，沸點為0度.后來.他的同胞.生物學家林奈把他的設定調了個頭.規定水的沸點為100度，冰點為0度.再后來.有人用℃來表示度，這就是現在我們熟知的攝氏溫度.

不過.最早確定兩個標準溫度，即水的冰點和水的沸點的.不是攝爾修斯.而是丹麥天文學家羅默.那是1708年的事.

比攝氏溫度更早成熟的溫標是華氏溫度——荷蘭華倫海特確定的溫度.華倫海特在1714年把一定濃度的氯化銨溶液凝固時的溫度規定為0°F.把純水凝固時的溫度定為32°F.把標準大氣壓下水沸騰的溫度定為212°F°F代表華氏溫度.就像用℃代表攝氏溫度一樣.雖然華倫海特也選了水的冰點和水的沸點作為標準點.但他規定的溫度與攝爾修斯不同.水的冰點與水的沸點的華氏溫度分別是32°F和212°F.華氏與攝氏兩種溫度的單位不等.在華氏溫度中.水的冰點與水的沸點的溫差是180°F：在攝氏溫度中，水的冰點與水的沸點的溫差是100℃.目前.世界上大多數國家使用的是攝氏溫度，但美國、緬甸等少數國家使用的是華氏溫度.此外.也有使用列氏溫度的.

溫度計只是測量溫度、熱度.但熱的本質是什么.無論是華倫海特還是攝爾修斯.都無能為力.真正深刻認識到熱的本質.并以此設計溫標.并被確認為國際標準的.還是開爾文勛爵.即威廉.湯姆遜.

熱到底是什么呢？法國科學家兼工程師薩迪.卡諾認為.熱像水一樣是游動的，從“熱”流向“冷”.但熱的數量不會變化.這就是熱質說.但倫福德伯爵和戴維的摩擦生熱實驗都表明.熱是運動的表現.這就是熱動說.英國曼徹斯特釀酒廠老板兼業余科學家詹姆斯.普雷斯科特.焦耳通過實驗測量.證明熱的運動理論（熱動說）是正確的.焦耳在1847年完成的經典實驗中.先是測量一桶水的溫度.然后把帶翼的輪子放進水中，再讓翼輪轉動很長時間.使水的溫度逐漸升高.焦耳測量了翼輪所做的功和水溫的升高.從而算出多少機械能產生了多少熱.如今.這個值被稱為熱功當量.焦耳做了大量實驗，數據豐富，精確度高.為了對他表示敬意.功或能量的單位稱為焦耳.焦耳的工作直接促成了人們對熱力學第一定律的認可.熱力學第一定律也被稱為能量轉化與守恒定律.

威廉·湯姆遜很早就關注并從事熱的研究。當他接受熱動說后.就開始琢磨溫度的測量.湯姆遜最大的貢獻是提出了絕對零度的概念.他認為.既然熱是運動.那么當所有運動都停止時，溫度自然應該確定為零度.1967年.國際計量大會決議“熱力學溫度”T為第五個基本物理量.規定其單位為“開爾文”.熱力學溫度r，與人們慣用的攝氏溫度￡的關系是T=t+273.15（因為水的冰點溫度近似等于273.15 K），并規定熱力學溫度的單位為開爾文（K）.

開爾文勛爵于1824年6月26日出生在英國北愛爾蘭的貝爾法斯特，6歲時母親去世.11歲時隨父親到蘇格蘭格拉斯哥大學讀書.17歲時人讀劍橋大學.22歲擔任格拉斯哥大學教授直至75歲退休.1890-1895年.開爾文擔任英國皇家學會會長.1904年起擔任格拉斯哥大學校長直至1907年逝世.開爾文去世后安葬在威斯敏斯特大教堂.

開爾文勛爵天資聰穎.自信滿滿.14歲時。他在格拉斯哥大學發表了第一篇論文.贏得神童美譽.在劍橋大學畢業考試后.他堅信自己能榮登榜首.于是派遣一名仆人去打聽誰是第一名，當仆人告訴他“您是第二名”時，自負的湯姆遜大失所望.

責任編輯 彭德利