詹姆斯·普利斯柯特·焦耳

詹姆斯·普利斯柯特·焦耳(1818—1889)英国物理学家。出生于兰开夏郡一个富有的酿造商家庭。自幼酷爱热测量。青少年时就发表过有关电动机热测量的论文。1833年父亲因病退休后,他不得不参与酿造厂的经营。长期坚持科学研究,先后取得了测定热功当量、发现能量守恒定律和磁致伸缩现象等重大成果。1850年被选为英国皇家学会会员。1866年获得科普利奖章。1872年和1887年任英国科学促进协会主席。他始终从事酿造商的职业,一辈子没有当过教授。

1.公元1818年12月24日,焦耳出生于英国兰开夏郡索尔福德一个富有的酿造商家庭,他是家中的第二个儿子。焦耳幼年时身体不好,脊柱受过损伤,因此一心读书,对其他事情一概不闻不问。他从小就表现出强烈的钻研精神。

2.焦耳的父亲对他的研究十分支持,专门给他提供了一个家庭实验室。焦耳在青少年时代就发表过有关电动机热测量的论文。他受过道尔顿的指点,但基本上是靠自学,并像法拉第一样,始终不通数学。

3.1833年,焦耳的父亲因病退休。年仅15岁的焦耳不得不承担起经营酿造厂的责任。即使在这样的情况下,他仍坚持科学研究。1840年,他求出了决定电流所产生热量的公式(电流所产生的热量与电流强度的平方和电路电阻的乘积成正比)。

4.他继而又花了10年时间,对他所能设想到的每一种有热量产生的过程进行热测量。焦耳几乎可以说是个热测量迷,甚至在蜜月中还抽出时间,设计了一个特殊的温度计,用以在他们夫妇打算去游览的一处景色壮观的瀑布顶部和底部测量水温。

5.在这些所有的实验中,焦耳都计算了输入功的量及由此产生的热量。他发现,正如半个世纪前朗福德所充分强调的那样,做的功和产生的热两者之间是密切相关的。一定量的功总是产生一定量的热。

6.焦耳第一篇全面叙述他所进行的实验和结论的文章完成于1847年。当时,他的这篇文章并没有被大多数的科学家所接受。其中原因之一可能在于他是个酿造商而非科学院院士,加上他的结论的依据只是些细小的温度差,并不引入注目。

7.由于各种学术刊物和皇家学会都拒绝发表焦耳的论文,因而他不得不采取当众讲演的方式,在曼彻斯特介绍了自己的这一发现。靠着他的兄弟是曼彻斯特一家报纸的音乐评论家,讲稿才勉强在这家报纸上全文发表。

8.又过了几个月,焦耳终于设法在一次科学界的集会上宣读了他的论文。起初,人们对他的报告反应十分冷漠。幸运的是,有一个23岁的听众却十分注意焦耳的报告,他名叫威廉,汤姆森,也就是后来的开尔文勋爵。

9.他对焦耳的研究成果所作的评价十分精辟而合乎逻辑,引起了在场人们的兴趣,甚至激发起了人们的热情。后来,和焦耳年龄相仿但当时已经担任剑桥大学教授的斯托克斯也热情地支持了焦耳的成果。这样,竟使焦耳一举成名。

10.1849年,在法拉第亲自主持下,焦耳在皇家学会宣读了他的研究论文,他的成果终于获得完全承认。尽管焦耳并不是第—个测定热功当量的人,但较之朗德福和迈尔所求出的值,他求出的值是最精确的,并且有大量精细的实验数据作为根据。

11.在威廉·汤姆森的帮助下,焦耳在科学界逐渐打开了局面,赢得了巨大的声誉。后来,为了纪念他,将等于一千万个尔格的功的单位称作焦耳(4.18焦耳的功等于1卡热量,也就是“热功当量”)。

12.热功当量的确定引出了某种带根本性的东西。这就是能量守恒定律,它的内容是:能量既不能凭空产生,也不能真正消灭,而只能由一种形式转化为另一种形式。这是科学史上最重要的概括之一。后来,人们常常称它为“热力学第一定律”。

13.在19世纪50年代,焦耳继续同他的年轻朋友汤姆森合作。两个人一起证明了:气体自由膨胀时,其温度稍有下降。这在物理学上被称为“焦耳一汤姆森”效应。这个效应后来成了获取极低的温度方面的—个很重要的依据。

14.1846年,焦耳发现了铁条磁化时,长度会略有变化的“磁致伸缩现象”。这个现象在当时看来,似乎纯粹属于学术性质,但在今天,这种效应已用于产生超声波。

15.焦耳于1850年被选为英国皇家学会会员,1866年获得普利奖章,1872年至1887年任英国科学促进协会主席。尽管焦耳在科学上取得了如此杰出的成就,却终生是一个酿造商,一辈子没当过教授。

16.焦耳为人虚怀若谷,十分平易近人,是一个虔诚的教徒,他常常对科学发明越来越多地应用于战争而痛心不已。他在晚年时经济遭受挫折,维多利亚女王在1878年批准给他养老金。焦耳于1889年10月11日逝世,终年71年。