認識熱本質

華慶富

人們已在實踐中熟悉了摩擦生熱。但摩擦為什么會生熱？熱是什么？人們很久也沒有弄清楚。古代人們對熱有兩種不同的看法，一種把熱看成是一種特殊物質，一種認為熱是物質的某種運動形式。

17世紀以后，多數人根據摩擦生熱的現象，認為熱是一種特殊的運動形式，不少物理學家都相信這一點，但是這種看法由于缺乏精確的實驗根據，還不能形成科學的理論。

到了18世紀，對熱的研究走上了實驗科學的道路。把熱看成是一種特殊物質的熱質說，由于能夠解釋某些實驗結果，因而在當時獲得了承認。熱質說將熱看成一種沒有質量或不可稱量的流質——熱質，它不生不滅，存在于一切物體之中，物體的冷熱程度，決定于其中所含熱質的多少。熱質說對摩擦生熱的解釋是，摩擦并沒有改變熱質的總量，但物質在摩擦時比熱容降低了，因此摩擦可以使物體的溫度升高。

1798年，英國學者倫福德（1753～1814）在從事槍炮制造時，發現鉆孔鉆下的金屬屑具有極高的溫度，用水來冷卻時，甚至可以使水沸騰，他懷疑金屬屑具有極高溫度并不是由于比熱容降低造成的。倫福德在他的筆記中寫道：由摩擦所生的熱，來源似乎是無窮無盡的，要用熱質說解釋摩擦生熱現象，鉆下的金屬屑的比熱容要改變很大才行。于是他設計并做了一系列實驗，發現鉆下的金屬屑的比熱容在摩擦時并沒有降低。根據實驗結果，倫福德斷言熱質說不足為信，應當把熱看成是一種運動形式，熱質說的傳統地位開始動搖了。

1799年，英國的戴維做了更加嚴格的實驗。他在0℃以下的露天里，在抽成真空的玻璃罩內，使金屬輪子和盤在鐘表裝置的帶動下相互摩擦，結果使金屬盤上的蠟熔化了。在這個實驗中，熱不可能是由周圍物體傳遞給蠟的，而且倫福德的實驗已經證明，金屬也不會由于比熱容的降低而放熱。那就只能是由于摩擦生熱使蠟粒子的運動加快了。戴維的實驗有力地打擊了熱質說。

此后，科學家進一步研究了熱和做功的關系，特別是英國科學家焦耳做了大量實驗，定量地研究了熱和功的關系，證明做了多少機械功，就有多少機械能轉化成與熱相關的能量。焦耳的工作，表明熱不是一種特殊物質，同時為能量守恒定律奠定了基礎。

能量守恒定律的建立，徹底否定了熱質說，同時為分子運動理論的發展開辟了道路。經過科學家的長期研究，關于熱是一種運動形式的設想，終于成為公認的真理，人們認識到：宏觀的熱現象原來是物體內部大量分子的無規則運動的表現，物體內部的能量就是物體的內能；熱量不是表示物質所含“熱質”的多少，而是表示在熱傳遞過程中傳遞的能量的多少。

責任編輯/蔡華杰