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科技日历|他靠自学成为著名的物理学家 国际单位都以他的名字命名
2019-10-12 08:56 前瞻网   

130年前的今天,也就是1889年10月11日,英国著名物理学家焦耳逝世。

焦耳是19世纪英国著名的物理学家,于1818年12月24日出生在曼彻斯特市一家啤酒厂主的家庭里,从小就跟着父亲酿酒,没有进过学校。然而焦耳天资聪明,喜欢读书,常常一边劳动一边认字,自学到不少知识。

传闻焦耳小时候就常常自己动手做一些关于电、热之类的实验,还引发了很多趣事。有一年放假,焦耳和哥哥一齐到郊外旅游。聪明好学的焦耳就是在玩耍的时候,也没有忘记做他的物理实验。

他找了一匹瘸腿的马,由他哥哥牵着,自己悄悄躲在后面,用伏达电池将电流通到马身上,想试一试动物在受到电流刺激后的反应。结果,他想看到的反应出现了,马收到电击后狂跳起来,差一点把哥哥踢伤。

还有一次他和哥哥又划着船来到群山环绕的湖上,焦耳想在那里试一试回声有多大。他们在火枪里塞满了火药,然后扣动扳机。谁知“砰”的一声,从枪口里喷出一条长长的火苗,烧光了焦耳的眉毛,还险些把哥哥吓得掉进湖里。

后来,焦耳幸运地认识了著名化学家道尔顿教授,便常常到他那里请教。从此,焦耳对自然科学,特别是实验科学产生了浓厚的兴趣。

二十岁时,焦耳利用他父亲的实验室从事研究,他把全部精力都投入进发明电动机中。1840年,焦耳多次做过通电导体发热的实验。他把通电的电阻丝放入水中,确定了电流产生的热量跟电流强度的平方成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电的时间成正比的关系,这个规律就叫做焦耳定律。

总的来说,焦耳一生的重大成果主要包括以下四大类:

(1) 发现能量守恒定律。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。

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。

(2) 发现焦耳定律: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。

(3) 发现焦耳-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。

(4) 发现焦耳-楞次定律。1840年,焦耳把环形线圈放入装水的试管内,测量不同电流强度和电阻时的水温。通过这一实验,他发现: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之结论的正确性。因此,该定律称为焦耳—楞次定律。

除了从事科学研究外,焦耳还与他的哥哥一同经营父亲的啤酒庄。1854年,焦耳的妻子去世后,他把啤酒庄中属于他的股份卖掉,全身心投入科研工作。后来,焦耳与威廉·汤姆生合作做了很多试验。在焦耳发表的九十七篇科学论文中有二十篇是他们的合作成果。

焦耳于1889年10月11日逝世,后人为了纪念他,在国际单位制中,把功和能的单位定位“焦耳”。

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责任编辑: 4041WCHEN

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