熱力學傳奇之六:一個醫生和一個民科一起證明了熱力學第一定律

2020-12-03 科學背後的故事

亥姆霍茲覺得物理學家們有些過分,就是啊,對人家理論有不同意見可以,幹嘛把人家整精神病院去啊。當然這只是一個玩笑,有證據表明,在亥姆霍茲提出熱力學第一定律之前,他並不了解邁爾的工作,他是獨立推導出了熱力學第一定律。

亥姆霍茲也算是醫生,幼時家貧,中學畢業後無法繼續學業,不過貧窮沒有限制他的想像力,他以畢業後在部隊服役八年的條件換得了公費讀大學的機會,不過他只能讀醫學院了,所以呢,他也算是個醫生,不過這無所謂了,這是一個醫生的時代。

亥姆霍茲深知求學不易,在讀書期間,經常去柏林大學蹭課,頗有老北大學生風範,蹭課期間,受到了嚴格的數學訓練,對牛頓啊,拉格朗日啊佩服地五體投地。

1847年,亥姆霍茲發表了論文《論力的守恆》,不過他吸取了邁爾的教訓,在論文開頭就寫明了「論文是主要面對物理學家」,而且把能量變化從機械運動推廣到了所有的變化過程,這基本上已經超出熱力學範圍了,是真正的能量轉換和守恆定律了,我看你們還說什麼?但是物理學家們還是有辦法,他們說你這沒有試驗驗證啊。

這驚動了另一位大神,這位大神就是焦耳,對於焦耳,我們都很熟悉,焦耳定律就是他提出的,功的單位也是焦耳。

對於一個科學家來說,最大的褒獎並不是財富與地位,而是用自己的姓氏命名一個物理單位,例如牛頓、安培、伏特還有焦耳,這方面愛因斯坦就有點吃虧,其生也晚,常用單位都已經用完了,只獲得了一個安慰獎,1摩爾光子的能量稱為1愛因斯坦,愛因斯坦表示寶寶心裡苦,寶寶不說。

不過焦耳也不是一位專業的科學家,用當時的觀點來看,就是一個民科,因為他沒有受過正規的教育,只是憑著一腔熱情在研究。

不過他這個民科和今天的民科不同,今天的民科研究基本靠想像,而焦耳的研究卻靠實驗。

焦耳表示,我來試試,這方面焦耳確實有發言權,電流的熱效應就是他提出的,電流當然可以做功,又可以發熱,這算不算熱和功是一體的啊,但是,焦耳還不滿足,他直接測出了熱功當量,這下天下太平了,熱力學第一定律得以建立。

熱工當量

所以熱力學第一定律的熱力學表述是熱既可以傳遞,也可以做功,但是其總量保持不變,科學嚴格描述就是能的轉化和守恆定律,還有一種表述是第一類永動機不可建成,這就是反民科版,第一類永動機就是不需要能量而做功的機器,既然能量守恆了,當然不可能建成的。

其實不需要醫生和民科的工作,有一個人自己就完成了這一切,他又是誰呢?

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