6.焦耳定律电路中的能量转化

1、伟大的科学家焦耳一、生平简介焦耳，J.P.（James Prescott Joule 18181889） 焦耳是英国物理学家。1818年12月24日生于索尔福。他父亲是酿酒厂的厂主。焦耳从小体弱不能上学，在家跟父亲学酿酒，并利用空闲时间自学化学、物理。他很喜欢电学和磁学，对实验特别感兴趣。后来成为英国曼彻斯特的一位酿酒师和业余科学家。焦耳可以说是一位靠自学成才的杰出的科学家。焦耳最早的工作是电学和磁学方面的研究，后转向对功热转化的实验研究。1866年由于他在热学、电学和热力学方面的贡献，被授予英国皇家学会柯普莱金质奖章。 1872年1887年焦耳任英国科学促进协会主席。 1889年10月11日

2、焦耳在塞拉逝世。科学成就 1.焦耳定律的发现电磁力的研究计划虽然屡遭失败，但凭着三年间学到的电磁知识，焦耳发现了焦耳定律。这就是：“通电线圈的发热量与电流强度的平方和导线电阻的乘积成正比。”他是把缠着的导线的线圈放到水中，同上电测量水温的上升，用电流计看电流的强度，才发现了这个定律。2.热功当量的测定1843年在英国哲学杂志第23卷第3辑上发表自己的文章后，他用不同材料进行实验，并不断改进实验设计，结果发现尽管所用的方法、设备、材料各不相同，结果都相差不远；并且随着实验精度的提高，趋近于一定的数值，焦耳花了毕生精力，进一步研究了这一工作，对功和热之间的关系进行了精密的测定，给出了物理学上一个著

3、名的常数-热功当量。其中阐明：第一，不论固体或液体，摩擦所产生的热量，总是与所耗的力的大小成比例。第二，要产生使1磅水（在真空中称量，其温度在5060华氏度之间）增加1华氏度的热量，需要耗用772磅重物下降1英尺的机械功。他精益求精，直到1878年还有测量结果的报告。他近40年的研究工作，为热运动与其他运动的相互转换，运动守恒等问题，提供了无可置疑的证据，焦耳因此成为能量守恒定律的发现者之一。3.在热力学方面的成就 年轻时，焦耳最初的研究方向是电磁机，他想将父亲的酿酒厂里应用的蒸汽机替换成电磁机以提高工作效率。1837年，焦耳改装了用电池驱动的电磁机，它从实验中发现电流可以做功，这刺激了他深入

4、研究的欲望。这一年他发表的有关论文就引起了人们的注意。1840年12月，他在英国皇家学会上宣读了关于电流生热的论文，提出电流通过导体产生热量的定律。1852年焦耳和W.汤姆孙（即开尔文）发现气体自由膨胀时温度下降的现象，被称为焦耳-汤姆孙效应。这效应在低温和气体液化方面有广泛应用。他对蒸汽机的发展作了不少有价值的工作，还第一次计算了有关气体分子的速度。轶闻趣事1.焦耳求知-好学 英国著名科学家焦耳从小就很喜欢物理学，他常常自己动手做一些关于电、热之类的实验。有一年放假，焦耳和哥哥一起到郊外旅游。聪明好学的焦耳就是在玩耍的时候，也没有忘记做他的物理实验。他找了一匹瘸腿的马，由他的哥哥牵着，自己躲

5、在后面，用伏达电池将电流通到马身上，想试一试动物在受到电流刺激后的反应。结果，他想看到的反应出现了，马受到电击后狂跳起来，差一点把哥哥踢伤。尽管已经出现了危险，但这丝毫没有影响做实验的小焦耳的情绪。他和哥哥又划船来到群上环绕的湖上，焦耳想在这里试一试回声有多大。他们在火墙里塞满火药，然后扣动扳机。谁知“砰”的一声，从枪口里喷出一条长长的火苗，烧光了娇儿的眉毛，还险些把哥哥吓得掉进湖里。这时，天空浓云密布，电闪雷鸣，刚想上岸躲雨的焦耳发现，每次闪电过后好一会儿才能听见轰隆的雷声，这事怎么回事？焦耳顾不得躲雨，拉在哥哥爬上一个山头，用怀表认真记下每次闪电到雷鸣之间相隔的时间。开学后焦耳几乎是迫不及

6、待地把自己做的实验都告诉了老师，并向老师请教。老师望着勤学好问的焦耳笑了，耐心地为他讲解：“光和声的传播速度是不一样的，光速快而声速慢，所以人们总是先看见闪电再听到雷声，而实际上闪电雷鸣是同时发生的。”焦耳听了恍然大悟。从此，他对学习科学知识更加入迷。通过不断的学习和认真地观察计算，他终于发现了热功当量和能量守恒定律，成为一名出色的科学家。2.精确的测量值在几十年里不作大修正 1843年8月，在考尔克的一次学术报告会上，焦耳作了题为论磁电的热效应和热的机械值的报告。他在报告中提出热量与机械功之间存在着恒定的比例关系，并测得热功当量值为1千卡热量相当于460千克米的机械功。这一结论遭到当时许多物

7、理学家的反对。为了证明这个发现是成功的，焦耳以极大的毅力，采用不同的方法，长时间地反复进行实验。1843年末，焦耳通过摩擦作用测得热功当量是424.9千克米/千卡1千克米=9.8焦耳。1844年通过对压缩空气做功和空气温度升高的关系的实验，测得热功当量是443.8千克米/千卡。尤其在1847年，焦耳精心地设计了一个著名的热功当量测定装置，也就是用下降重物带动叶桨旋转的方法，搅拌水或其他液体产生热量。焦耳用水和鲸油作搅拌液，分别测量，然后取平均值，得到热功当量平均值是428.9千克米/千卡。1849年6月21日，焦耳给英国伦敦皇家学会报告了这个结果。3.要科学，不要永动机焦耳在探索科学真理的道路上，也走过弯路。他年轻的时候，正是“永动机热”席卷欧洲的时代，许多人钻进了永动机的迷宫，妄想制造出一种不消耗能量永远做功的机器。焦耳也是个“永动机迷”，曾经狂热