焦耳发表论文

焦耳的成就 焦耳 焦耳 James Prescot Joule (1818-1889) 能量、功、热的单位（J） 1牛顿力的作用点在力的方向上移动1米距离所作的功，即1J=1N·m 英国著名物理学家，十八世纪，人们对热的本质的研究走上了一条弯路，“热质说”在物理学史上统治了一百多年。虽然曾有一些科学家对这种错误理论产生过怀疑，但人们一直没有办法解决热和功的关系的问题，是英国自学成才的物理学家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳( James Prescott Joule )为最终解决这一问题指出了道路。焦耳1818年12月24日生于英国曼彻斯特，他的父亲是一个酿酒厂主。焦耳自幼跟随父亲参加酿酒劳动，没有受过正规的教育。青年时期，在别人的介绍下，焦耳认识了著名的化学家道尔顿。道尔顿给予了焦耳热情的教导。焦耳向他虚心学习了数学、哲学和化学，这些知识为焦耳后来的研究奠定了理论基础。而且道尔顿教诲了焦耳理论与实践相结合的科研方法，激发了焦耳对化学和物理的兴趣。 焦耳最初的研究方向是电磁机，他想将父亲的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。 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。 焦耳总结出焦耳—楞次定律以后，进一步设想电池电流产生的热与电磁机的感生电流产生的热在本质上应该是一致的。1843年，焦耳设计了一个新实验。将一个小线圈绕在铁芯上，用电流计测量感生电流，把线圈放在装水的容器中，测量水温以计算热量。这个电路是完全封闭的，没有外界电源供电，水温的升高只是机械能转化为电能、电能又转化为热的结果，整个过程不存在热质的转移。这一实验结果完全否定了热质说。 上述实验也使焦耳想到了机械功与热的联系，经过反复的实验、测量，焦耳终于测出了热功当量，但结果并不精确。1843年8月21日在英国学术会上，焦耳报告了他的论文《论电磁的热效应和热的机械值》，他在报告中说1千卡的热量相当于460千克米的功。他的报告没有得到支持和强烈的反响，这时他意识到自己还需要进行更精确的实验。 1844年，焦耳研究了空气在膨胀和压缩时的温度变化，他在这方面取得了许多成就。通过对气体分子运动速度与温度的关系的研究，焦耳计算出了气体分子的热运动速度值，从理论上奠定了波义耳—马略特和盖—吕萨克定律的基础，并解释了气体对器壁压力的实质。焦耳在研究过程中的许多实验是和著名物理学家威廉·汤姆生（后来受封为开尔文勋爵，既JJ·汤姆逊）共同完成的。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。当自由扩散气体从高压容器进入低压容器时，大多数气体和空气的温度都要下降，这一现象就是两人共同发现的。这一现象后来被称为焦耳—汤姆生效应。 无论是在实验方面，还是在理论上，焦耳都是从分子动力学的立场出发进行深入研究的先驱者之一。 在从事这些研究的同时，焦耳并没有间断对热功当量的测量。1847年，焦耳做了迄今认为是设计思想最巧妙的实验：他在量热器里装了水，中间安上带有叶片的转轴，然后让下降重物带动叶片旋转，由于叶......>> 焦耳定律是谁发明的？ 焦耳啊，初中课本上有 焦耳的资料 30分 焦耳 百科名片 詹姆斯·普雷斯科特·焦耳（James Prescott Joule；1818年12月24日－1889年10月11日），英国物理学家，出 生于曼彻斯特近郊的沙弗特（Salford）。由于他在热学、热力学和电方面的贡献，皇家学会授予他最高荣誉的科普利奖章（CopleyMedal）。后人为了纪念他，把能量或功的单位命名为“焦耳”，简称“焦”；并用焦耳姓氏的第一个字母“J”来标记热量。 焦耳的贡献 焦耳(James Prescort Joule,1818～1889）英国杰出的物理学家。1818年12月24日生于曼彻斯特附近的索尔福德。父亲是个富有的啤酒厂厂主。焦耳从小就跟父亲参加酿酒劳动，学习酿酒技术，没上过正规学校。16岁时和兄弟一起在著名化学家道尔顿门下学习，然而由于经常生病，学习时间并不长，但是道尔顿对他的影响极大，使他对科学研究产生了强烈的兴趣。1838年他拿出一间住房开始了自己的实验研究。他经常利用酿酒后的业余时间，亲手设计制作实验仪器，进行实验。焦耳一生都在从事实验研究工作，在电磁学、热学、气体分子动理论等方面均作出了卓越的贡献。他是靠自学成为物理学家的。 焦耳是从磁效应和电动机效率的测定开始实验研究的。他曾以为电磁铁将会成为机械功的无穷无尽的源泉，很快他发现蒸汽机的效率要比刚发明不久的电动机效率高得多。正是这些实验探索导致了他对热功转换的定量研究。 从1840年起，焦耳开始研究电流的热效应，写成了《论伏打电所生的热》、《电解时在金属导体和电池组中放出的热》等论文，指出：导体中一定时间内所生成的热量与导体的电流的二次方和电阻之积成正比。此后不久的1842年，俄国著名物理学家楞次也独立地发现了同样的规律，所以被称为焦耳－楞次定律。这一发现为揭示电能、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。焦耳也注意探讨各种生热的自然“力”之间存在的定量关系。他做了许多实验。例如，他把带铁芯的线圈放入封闭的水容器中，将线圈与灵敏电流计相连，线圈可在强电磁铁的磁场间旋转。电磁铁由蓄电池供电。实验时电磁铁交替通断电流各15分钟，线圈转速达每分钟600次。这样，就可将摩擦生热与电流生热两种情况进行比较，焦耳由此证明热量与电流二次方成正比，他还用手摇、砝码下落等共13种方法进行实验，最后得出：“使1磅水升高1°F的热量，等于且可能转化为把838磅重物举高1英尺的机械力（功）”（合460千克重米每千卡）。总结这些结果，他写出《论磁电的热效应及热的机械值》论文，并在1843年8月21日英国科学协会数理组会议上宣读。他强调了自然 阿基米德、牛顿、爱因斯坦、焦耳、伏特的成就 一、阿基米德； 1、发现了浮力定律；2、证明了杠杆定律；3、提出了精确地确定物体重心的方法；4、他还认为地球是圆球状的，并围绕着太阳旋转， 5、发明“阿基米德螺旋”的扬水机。 二、牛顿： 1、建立微积分；2、发现了二项式定理。3、色散试验。并计算出不同颜色光的折射率，精确地说明了色散现象，揭开了物质的颜色之谜。4、制成了第一架反射望远镜；5、提出了光的“微粒说”。6、发现著名的万有引力定律和牛顿运动三定律。 三、焦耳：1、发现焦耳-楞次定律；2、通过实验否定了热质说；3、测出了热功当量近似值；并测得了热功当量的平均值为423.9千克米/千卡。4、 计算出了气体分子的热运动速度值，从理论上奠定了波义耳-马略特和盖-吕萨克定律的基础，并解释了气体对器壁压力的实质。5、发现焦耳-汤姆逊效应。这个效应在低温和气体液化方面有广泛的应用。焦耳对蒸汽机的发展也做出了不少有价值的工作。 四、爱因斯坦： 1、光电效应定律的发现。确立波粒二象性学说。解释的光电效应，推导出光电子的最大能量同入射光的频率之间的关系。 2、分子大小的新测定法，通过观测由分子运动的涨落现象所产生的悬浮粒子的无规则运动，来测定分子的实际大小，证明原子的存在。 3、完整的提出了狭义相对论。狭义相对论最重要的结论是质量守恒原理失去了独立性，他和能量守恒定律融合在一起，质量和能量是可以相互转化的。使力学和电磁学也就在运动学的基础上统一起来。 4、发现质能关系，为核能开发利用奠定基础。 5、建成广义相对论以；6、在辐射量子方面提出引力波理论，7、开创了现代宇宙学。 5.伏特： 1、制造起电盘。2、设计了一种静电计，3、发现了沼气。并制成了一种称为气体燃化的仪器，可以用电火花点燃一个封闭容器内的气体。4、发明了伏达电堆，这是历史上的神奇发明之一。 爱因斯坦发明有什么 重要贡献相对论 狭义相对论的创立： 早在16岁时，爱因斯坦就从书本上了解到光是以很快速度前进的电磁波，他产生了一个想法，如果一个人以光的速度运动，他将看到一幅什么样的世界景象呢？他将看不到前进的光，只能看到在空间里振荡著却停滞不前的电磁场。这种事可能发生吗？ 与此相联系，他非常想探讨与光波有关的所谓以太的问题。以太这个名词源于希腊，用以代表组成天上物体的基本元素。17世纪，笛卡尔首次将它引入科学，作为传播光的媒质。其后，惠更斯进一步发展了以太学说，认为荷载光波的媒介物是以太，它应该充满包括真空在内的全部空间，并能渗透到通常的物质中。与惠更斯的看法不同，牛顿提出了光的微粒说。牛顿认为，发光体发射出的是以直线运动的微粒粒子流，粒子流冲击视网膜就引起视觉。18世纪牛顿的微粒说占了上风，然而到了19世纪，却是波动说占了绝对优势，以太的学说也因此大大发展。当时的看法是，波的传播要依赖于媒质，因为光可以在真空中传播，传播光波的媒质是充满整个空间的以太，也叫光以太。与此同时，电磁学得到了蓬勃发展，经过麦克斯韦、赫兹等人的努力，形成了成熟的电磁现象的动力学理论——电动力学，并从理论与实践上将光和电磁现象统一起来，认为光就是一定频率范围内的电磁波，从而将光的波动理论与电磁理论统一起来。以太不仅是光波的载体，也成了电磁场的载体。直到19世纪末，人们企图寻找以太，然而从未在实验中发现以太。 但是，电动力学遇到了一个重大的问题，就是与牛顿力学所遵从的相对性原理不一致。关于相对性原理的思想，早在伽利略和牛顿时期就已经有了。电磁学的发展最初也是纳入牛顿力学的框架，但在解释运动物体的电磁过程时却遇到了困难。按照麦克斯韦理论，真空中电磁波的速度，也就是光的速度是一个恒量，然而按照牛顿力学的速度加法原理，不同惯性系的光速不同，这就出现了一个问题：适用于力学的相对性原理是否适用于电磁学？例如，有两辆汽车，一辆向你驶近，一辆驶离。你看到前一辆车的灯光向你靠近，后一辆车的灯光远离。按照麦克斯韦的理论，这两种光的速度相同，汽车的速度在其中不起作用。但根据伽利略理论，这两项的测量结果不同。向你驶来的车将发出的光加速，即前车的光速=光速+车速；而驶离车的光速较慢，因为后车的光速=光速-车速。麦克斯韦与伽利略关于速度的说法明显相悖。我们如何解决这一分歧呢？ 19世纪理论物理学达到了巅峰状态，但其中也隐含着巨大的危机。海王星的发现显示出牛顿力学无比强大的理论威力，电磁学与力学的统一使物理学显示出一种形式上的完整，并被誉为“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽的庙堂”。在人们的心目中，古典物理学已经达到了近乎完美的程度。德国著名的物理学家普朗克年轻时曾向他的老师表示要献身于理论物理学，老师劝他说：“年轻人，物理学是一门已经完成了的科学，不会再有多大的发展了，将一生献给这门学科，太可惜了。” 爱因斯坦似乎就是那个将构建崭新的物理学大厦的人。在伯尔尼专利局的日子里，爱因斯坦广泛关注物理学界的前沿动态，在许多问题上深入思考，并形成了自己独特的见解。在十年的探索过程中，爱因斯坦认真研究了麦克斯韦电磁理论，特别是经过赫兹和洛伦兹发展和阐述的电动力学。爱因斯坦坚信电磁理论是完全正确的，但是有一个问题使他不安，这就是绝对参照系以太的存在。他阅读了许多著作发现，所有人试图证明以太存在的试验都是失败的。经过研究爱因斯坦发现，除了作为绝对参照系和电磁场的荷载物外，以太在洛伦兹理论中已经没有实际意义。于是他想到：以太绝对参照系是必要的吗？电磁场一定要有荷载物吗？ 爱因斯坦喜欢阅读哲学著作，并从哲学中吸收思想营养，他......>>

名人故事：焦耳的科学研究故事

焦耳(1818～1889)是英国人，1818年12月24日出生在曼彻斯特市一家啤酒厂主的家庭里，从小就跟着爸爸酿酒，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。后来，他幸运地认识了着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。

有一次，焦耳与哥哥一块找来一匹跛马，把电流通到马身上，马受到刺激便狂跳起来。焦耳记下电流的大小和马的狂跳程度，说这是用马来观察电击实验。还有一次，焦耳用火药枪发出的巨响做回声实验。为使响声更大些，他向枪膛中装了三倍的火药，结果枪口喷出的火焰把焦耳的眉毛都烧光了。

24岁时，焦耳开始对通电导体放热的问题进行深入的研究。他把父亲的一间房子改成实验室，一有空便钻到实验室里忙个不停。焦耳首先把电阻丝盘绕在玻璃管上，做成一个电热器。然后把电热器放入一个玻璃瓶中，瓶中装有已知质量的水。给电热器通电并开始计时，用鸟羽毛轻轻搅动水，使水温度均匀。从插在水中的温度计，可随时观察到水温的变化。同时用电流计测出电流的大小。焦耳把这种实验做了一次又一次，大量数据使焦耳发现：电流通过导体时产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比。

焦耳把这一实验规律写成论文《关于金属导体和电池在电解时放出的热》，并于1841年发表在英国《哲学杂志》上。然而，论文并没有引起学术界的重视。因为在一些学者们看来，电与热的关系不能那么简单，况且焦耳只是一个酿酒师，又没有大学文凭。一年后，俄国彼德堡科学院院士楞次也做了电与热的实验，并得到与焦耳完全一致的结果。焦耳的论文才得到重视，后来人们把这个定律叫做焦耳定律。

外界的冷落与赞美都没有影响焦耳对真理的追求，他仍继续着自己的实验工作。在完成电流热效应的研究之后，焦耳又进行了功与热量的转化实验。焦耳认为，自然界的能量是不能消灭的，消耗了机械能，总能得到相应的热能。因此，做功和传递热量之间一定存在着确定的数量关系。那么1卡的热量相当于多少焦耳的.功呢?(今天，人们把这一换算关系叫做热功当量。)焦耳想用实验找到这一关系。为此，他精心设计了量热器，用不同方法进行实验探索。从1843年起在近40年当中，焦耳做了400多次实验，终于得出了比较精确的热功当量值1卡=4.15焦耳。这一数值与今天公认的热功当量值1卡=4.18焦耳比较起来虽然小了些，但在当时的实验条件下却是件了不起的事。焦耳的热功当量值曾保持了30年没有变化，这在物理学史上是极为罕见的。

焦耳准确地测定热功当量，以无可辩驳的事实进一步证明了能的转化和守恒定律是客观真理。这一定律的确定，在理论上，不仅对自然科学的发展提供了一个坚实的理论基础，而且也为建立辩证唯物主义提供了有力的科学依据。在实践上，它给制造“永动机”的幻想做了“不能实现”的最后判决。总之，它使我们在扑朔迷离、千姿百态的物理现象中，不再无所适从，为人类认识自然、改造自然提供了强有力的武器。

为了纪念这位物理学家的伟大业绩，物理学将功的单位命名为焦耳。