认识热本质

华庆富

人们已在实践中熟悉了摩擦生热。但摩擦为什么会生热？热是什么？人们很久也没有弄清楚。古代人们对热有两种不同的看法，一种把热看成是一种特殊物质，一种认为热是物质的某种运动形式。

17世纪以后，多数人根据摩擦生热的现象，认为热是一种特殊的运动形式，不少物理学家都相信这一点，但是这种看法由于缺乏精确的实验根据，还不能形成科学的理论。

到了18世纪，对热的研究走上了实验科学的道路。把热看成是一种特殊物质的热质说，由于能够解释某些实验结果，因而在当时获得了承认。热质说将热看成一种没有质量或不可称量的流质——热质，它不生不灭，存在于一切物体之中，物体的冷热程度，决定于其中所含热质的多少。热质说对摩擦生热的解释是，摩擦并没有改变热质的总量，但物质在摩擦时比热容降低了，因此摩擦可以使物体的温度升高。

1798年，英国学者伦福德（1753～1814）在从事枪炮制造时，发现钻孔钻下的金属屑具有极高的温度，用水来冷却时，甚至可以使水沸腾，他怀疑金属屑具有极高温度并不是由于比热容降低造成的。伦福德在他的笔记中写道：由摩擦所生的热，来源似乎是无穷无尽的，要用热质说解释摩擦生热现象，钻下的金属屑的比热容要改变很大才行。于是他设计并做了一系列实验，发现钻下的金属屑的比热容在摩擦时并没有降低。根据实验结果，伦福德断言热质说不足为信，应当把热看成是一种运动形式，热质说的传统地位开始动摇了。

1799年，英国的戴维做了更加严格的实验。他在0℃以下的露天里，在抽成真空的玻璃罩内，使金属轮子和盘在钟表装置的带动下相互摩擦，结果使金属盘上的蜡熔化了。在这个实验中，热不可能是由周围物体传递给蜡的，而且伦福德的实验已经证明，金属也不会由于比热容的降低而放热。那就只能是由于摩擦生热使蜡粒子的运动加快了。戴维的实验有力地打击了热质说。

此后，科学家进一步研究了热和做功的关系，特别是英国科学家焦耳做了大量实验，定量地研究了热和功的关系，证明做了多少机械功，就有多少机械能转化成与热相关的能量。焦耳的工作，表明热不是一种特殊物质，同时为能量守恒定律奠定了基础。

能量守恒定律的建立，彻底否定了热质说，同时为分子运动理论的发展开辟了道路。经过科学家的长期研究，关于热是一种运动形式的设想，终于成为公认的真理，人们认识到：宏观的热现象原来是物体内部大量分子的无规则运动的表现，物体内部的能量就是物体的内能；热量不是表示物质所含“热质”的多少，而是表示在热传递过程中传递的能量的多少。

责任编辑/蔡华杰