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热动说

热动说是一种解释热现象的学说,由伦福德伯爵于1798年引入,并由法国物理学家萨迪·卡诺进一步发展。这一学说指出热量与机械功在改变内能方面是等价的。这一学说的验证与热功当量的测定密切相关。

简介

在接下来的整个19世纪,随着鲁道夫·克劳修斯于1850年提出热力学第二定律,这一学说又进一步发展成为较为完备的热力学理论。在1851年,在其著作《论热的动力学理论》(On the Dynamical Theory of Heat)中,威廉·汤姆森,基于当时詹姆斯·普雷斯科特·焦耳等人的实验,如是概括了这一学说:“热并非一种物质,而是一种运动现象,我们认为在机械功和热量之间必存在着一如因与果一般的等量关系。”

随后,“热动说”这一名词逐渐被新的“热力学”这一名词取代,如1876年,理查德·西尔斯·麦卡洛在其热力学专著中提及:“热动说,又称热力学,是一将热现象当作物质运动体现的科学分支”

这一学说在19世纪被引用来解释与热相关的大量概念、理论、定律、关系以及实验现象等,比如测温学、量热学、燃烧、比热、以及对气体压缩或膨胀时所释放或吸收的热量的讨论等等。而这一方面最为有名的专著之一是英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦于1871年发表的《热理论》(Theory of Heat),在这本书中他提出了著名的麦克斯韦妖。而在此之前,在德国物理学家和数学家鲁道夫·克劳修斯于1850年发表的一篇著名论文中,这一概念开始被引入。

“热动说”通常与解释热现象的另一种学说——热质说——形成对比。依照热质说观点,热是一种可以从物体表面流进或流出并可在组成物质的原子间找到的一种无质量的流体

从现在的观点来看,热与机械功之间的等价关系并不意味着他们本质上完全等同。他们之间本质上的差异在光谱学上体现得尤为明显。

热量

热量是指由于温度差别而转移的能量;也是指1公克的水在1大气压下温度上升1摄氏度所产生的能量; 在温度不同的物体之间,热量总是由高温物体向低温物体传递;即使在等温过程中,物体之间的温度也不断出现微小差别,通过热量传递不断达到新的平衡。

由于温差的存在而导致的能量转化过程中所转化的能量;而该转化过程称为热交换或热传递;热量的公制焦耳

热量与热能之间的关系就好比是做功与机械能之间的关系一样。若两区域之间尚未达至热平衡,那么热便在它们中间温度高的地方向温度低的另一方传递。任何物质都有一定数量的内能,这和组成物质的原子、分子的无序运动有关。当两不同温度的物质处于热接触时,它们便交换内能,直至双方温度一致,也就是达致热平衡。这里,所传递的能量数便等同于所交换的热量数。许多人把热量跟内能弄混,其实热量指的是内能的变化、系统的做功。热量描述能量的流动,而内能描述能量本身。充分了解热量与内能的分别是明白热力学第一定律的关键。

营养学中也有热量的单位——卡路里(cal)及千卡(大卡,kcal)。一千卡路里等于一大卡。

热质说

热质说(Caloric theory)是种错误和受局限的科学理论,曾用来解释热的物理现象。此理论认为热是一种称为“热质”(caloric)的物质,热质是一种无质量的气体,物体吸收热质后温度会升高,热质会由温度高的物体流到温度低的物体,也可以穿过固体或液体的孔隙中。热质说在安托万-洛朗·德·拉瓦锡1772年用实验推翻燃素说后开始盛行,拉瓦节的《化学基础》一书就把热列在基本物质之中。

热质说可以解释一些热的现象,不过无法解释一些只要持续作功就可以持续产生热的现象(如摩擦生热)。19世纪中,热质说被机械能守恒所取代;之后,热质说仍然在许多科学文献中出现,一直到19世纪末才消失。目前常用的热量单位卡路里(Calorie)即起源自热质(caloric)。

参考资料

河南工人日报数字报