普利斯特里和伦福德伯爵的对话

胡紫霞

同学们，相信你们对“热”都很熟悉的。经验告诉我们：在夏天会感觉到热;在太阳光下、篝火边也能感觉到热。很多人会说：“热，不就代表了温度高嘛！”其实，关于“热”的知识有很多，科学家们一直在思考研究“热”到底是什么，并且先后提出了“热质说”和“热动说”，其代表人物分别是普利斯特里和伦福德伯爵，当然还有他们各自的支持者。让我们一起来听听他们之间展开的辩论。

普利斯特里：大家好！我是来自18世纪英国的一位化学家。我听说你们之前讨论过“燃素说”和“氧化说”，本人就是“燃素说”的资深信徒。

要知道，在热力学发展的过程中，对热的解释常常和燃烧有关，所以咱们今天关于“热”的话题，不得不又提起之前说过的“燃素说”。

普利斯特里：后世的人们都认为我的最大貢献是发现了氧，其实，我觉得不仅仅如此，因为我还提出了“热质说”。

1774年，普利斯特里在实验中发现了氧气（当时称为“脱燃素空气”），在后来的论文中，他认为“燃素说”和他的实验结果不吻合，因此提出“热质”的说法。而“热质说”是指在18世纪被科学界用来解释关于燃烧和热现象的一种理论，在拉瓦锡用实验推翻“燃素说”后开始盛行。

普利斯特里：我认为，热是一种物质，是一种没有重量的气体，能够流动，可以穿过固体或液体的孔隙。物体吸收热质后温度会升高。一个物体是“热”还是“冷”，由它所含热质的多少决定。冷热不同的两个物体接触时，热质便从较热的物体流到较冷的物体，直到两者的温度相同为止。宇宙间热质的总量是不变的。

拉瓦锡：我坚决反对“燃素说”，但是对于“热质说”还是支持的。它可以成功地解释许多物理现象，例如热茶在室温下冷却，热茶的温度高，表示热质浓度较高，因此热质会自动流到浓度较低的区域，也就是周围较冷的空气中。一个物体所减少的热质，恰好等于另一物体所增加的热质。我的《化学基础》一书就把热列在基本物质之中。

“热质说”支配着18世纪后期的热学，可以解释一些热的现象，但它却无法解释一些只要持续做功就可以持续产生热的现象（如摩擦生热），是种错误和受局限的科学理论。直到18世纪末，一个英国物理学家对“热质说”提出了挑战，他就是本杰明·汤姆逊，后人常称他为伦福德伯爵。

伦福德伯爵：1798年，我在监督大炮镗孔工作时发现，被加工的黄铜炮身在短时间内温度上升很多，只要持续加工，炮身就会持续加热，其产生的热甚至可以使水沸腾。按照“热质说”，这些生出来的热量全部来自大炮内部的热质，那大炮自身的热质就会减少，因此发热量就会下降，但事实并非如此。这就说明这么多的热量并不像“热质说”所设想的那样，以热质的形式由它自身包含着。“热质说”是有问题的。摩擦生热的实验促使我得出：热是由机械功产生的，热是物质的一种运动形式，是粒子振动的宏观表现。我相信“热质说”和“燃素说”将一起被埋葬在坟墓中。

伦福德伯爵的研究，引起了戴维和焦耳等其他科学家的兴趣，进而进行了相关的研究。戴维在一个绝热装置里，让两块冰互相摩擦，结果两块冰都融化了，在这里“热质守恒”的关系不成立了。戴维由此断言，热质是不存在的，并认为热是物体微粒的振动。另外，焦耳在1843年提出一种理论，认为热只是一种能量的形式。1850年时，克劳修斯发表论文，指出“热质说”中提到的“热质守恒”可以用“能量守恒”取代。随后，“热动说”这一名词逐渐被新的“热力学”这一名词取代，这一学说在19世纪被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。