课外拓展



你知道能量守恒定律的发现过程吗?

  这个伟大的定律的完成得益于三位科学家,最早的一位是被称为“疯子”的德国医生迈尔(1814—1878)。1840年迈尔开始在汉堡独立行医,他对万事总要问个为什么,而且必亲自观察、研究、实验。1840年2月22日,他作为一名随船医生跟着一支船队来到了印度尼西亚。一天,船队在加尔各达登陆,船员因水土不服都生起病来,于是迈尔依老办法给船员们放血治疗。在德国,医治这种病时只需在病人静脉血管上扎一针,就会放出一股黑红的血来,可是在这里,从静脉里流出的仍然是鲜红的血。于是,迈尔开始思考:人的血液所以是红的是因为里面含有氧,氧在人体内燃烧产生热量,维持人的体温。这里天气炎热,人要维持体温不需要燃烧那么多氧了,所以静脉里的血仍然是鲜红的。那么,人身上的热量到底是从哪来的?顶多500克的心脏,它的运动根本无法产生如此多的热量,无法光靠它维持人的体温。那体温是靠全身血肉维持的了,而这又靠人吃的食物而来,不论吃肉吃菜,都一定是由植物而来,植物是靠太阳的光热而生长的。太阳的光热呢?太阳如果是一块煤,那么它能烧4600年,这当然不可能,那一定是别的原因了,是我们未知的能量了。他大胆地推出,太阳中心约2750万度(现在我们知道是1500万度),迈尔越想越多,最后归结到一点:能量如何转化(转移)? 他一回到汉堡就写了一篇《论无机界的力》,并用自己的方法测得热功当量为365千克(力)米/千卡。他将论文投到《物理年鉴》,却得不到发表,只好发表在一本名不见经传的医学杂志上。他到处演说:“你们看,太阳挥洒着光与热,地球上的植物吸收了它们,并生出化学物质……”可是,即使如此物理学家们也无法相信他的话,很不尊敬地称他为“疯子”。

  另外两位是英国科学家焦耳(1818—1889)和数学教授威廉·汤姆孙(1824—1907)。1840年,焦耳发现将通电的金属丝放入水中,水会发热,通过精密地测试,他发现:通电导体所产生的热量与电流强度的平方、导体的电阻以及通电时间成正比。这就是焦耳定律。1841年10月,他的论文在《哲学杂志》上刊出。随后,他又发现无论化学能,电能所产生的热都相当于一定的功,即460千克(力)米/千卡。1845年,他带上自己的实验仪器及报告,参加在剑桥举行的学术会议。他当场做完实验,并宣布:自然界的力(能)是不能毁灭的,哪里消耗了机械力(能),总得到相当的热。可台下那些赫赫有名的大科学家对这种新理论都摇头,连法拉第也说:“这不太可能吧。”当时的威廉·汤姆孙(1824—1907)是一位数学教授,他8岁随父亲去大学听课,10岁正式考入该大学,乃是一位科学奇才,而今天听到一个啤酒匠在这里乱嚷一些奇怪的理论,就非常不礼貌地当场退出会场。

  焦耳没把人们的不理解放在心上,他继续做实验,这样一直做了40年,他把热功当量精确到了423.9千克(力)米/千卡。1847年,他带着自己新设计的实验又来到英国科学协会的会议现场。在他极力恳求下,会议主席才给他很少的时间让他只做实验,不做报告.焦耳一边当众演示他的新实验,一边解释:“你们看,机械能是可以定量地转化为热的,反之一千卡的热也可以转化为423。9千克(力)米的功……”突然,台下有人大叫道:“胡说,热是一种物质,是热素,他与功毫无关系.”这人正是汤姆孙.焦耳冷静地回答道:“热不能做功,那蒸汽机的活塞为什么会动?能量要是不守恒,永动机为什么总也造不成?”焦耳平淡的几句话顿时使全场鸦雀无声.台下的教授们不由得认真思考起来,有的对焦耳的仪器左看右看,有的就开始争论起来.

  汤姆孙碰了钉子后,也开始思考,他自己开始做试验,找资料,没想到竟发现了迈尔几年前发表的那篇文章,其思想与焦耳的完全一致!他带上自己的试验成果和迈尔的论文去找焦耳,他抱定负荆请罪的决心,要请焦耳共同探讨这个发现。

  在啤酒厂里汤姆孙见到了焦耳,看着焦耳的试验室里各种自制的仪器,他深深为焦耳的坚韧不拔而感动。汤姆孙拿出迈尔的论文,说道:“焦耳先生,看来您是对的,我今天是专程来认错的。您看,我是看了这篇论文后,才感到您是对的。”焦耳看到论文,脸上顿时喜色全失:“汤姆孙教授,可惜您再也不能和他讨论问题了。这样一个天才因为不被人理解,已经跳楼自杀了,虽然没被摔死,但已经神经错乱了。”

  汤姆孙低下头,半天无语。一会儿,他抬起头,说道:“真的对不起,我这才知道我的罪过。过去,我们这些人给了您多大的压力呀。请您原谅,一位科学家在新观点面前有时也会表现得很无知的。”一切都变得光明了,两人并肩而坐,开始研究起实验来。

  1853年,两人终于共同完成能量守恒和转化定律的精确表述。

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